Journal of the Russian Universities. Radioelectronics / Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника
Not a member yet
541 research outputs found
Sort by
Особенности применения сорбционного анализа для исследования различных наноматериалов электроники в зависимости от состава и технологических условий получения
Get PDFIntroduction. At present, sorption methods of analysis, including the thermal desorption of inert gases, are widely adopted to characterize the porous structure parameters of nanomaterials having a wide range of applications. Nitrogen thermal desorption belongs to the group of nondestructive techniques that provide a rapid analysis of the following parameters exhibited by nanomaterials: specific surface area, average particle size, mesopore size distribution, as well as the presence or absence of micropores in the system. In this work, mesoporous silicon and calcium hydroxyapatite powders are selected as the objects of research. Since modern interference optical filters are cumbersome and expensive to use, meso- and nanoporous silicon nanostructures are of interest in the implementation of filters for fiberoptic communication systems. Hydroxyapatite can potentially provide high corrosion resistance while posing no risk of toxicity to the environment. In addition, anticorrosion hydroxyapatite coatings are of decisive importance for the practical application of magnesium alloys used to reduce the weight of vehicles, aircraft, and electronics housings.Aim. To consider the application of the thermal desorption of inert gases, specifically nitrogen thermal desorption, in the study of the porous structure parameters of nanomaterials having various compositions on the example of mesoporous silicon and hydroxyapatite.Materials and methods. In this work, the thermal desorption of inert gases and capillary condensation were applied to study the porous structure parameters of hydroxyapatite and porous silicon powders. In particular, the nitrogen thermal desorption method was implemented using a Sorbi MS instrument equipped with a Sorbi Prep sample preparation station.Results. Recommendations are provided on choosing the mass of the adsorbent material required for the study, the sample preparation conditions, as well as the relative partial pressure range of the gas adsorbate. The selected sample types were found to lack a micropore system in the structure. Finally, the dependence of the specific surface area of hydroxyapatite powders and the parameters of its mesoporous structure on heat treatment conditions was analyzed.Conclusion. The study of nitrogen adsorption and capillary condensation allows the porous structure parameters of hydroxyapatite and porous silicon to be reproduced, which is of great importance for their use in medicine and radio electronics as anticorrosion coatings, as well as for the implementation of optical filters.Введение. В настоящее время сорбционные методы анализа, включая метод тепловой десорбции инертных газов, широко применяются для характеризации параметров пористой структуры наноматериалов широкого спектра функционального назначения. Тепловая десорбция азота относится к группе неразрушающих методик, обеспечивающих экспресс-анализ таких параметров наноматериалов, как удельная поверхность, средний размер частиц, распределение мезопор по размерам, наличие или отсутствие микропор в системе. В данной статье в качестве объектов исследования выбраны порошки мезопористого кремния и гидроксиапатита кальция. Наноструктуры на основе мезо- и нанопористого кремния представляют интерес при реализации фильтров для систем волоконнооптической связи, поскольку современные интерференционные оптические фильтры громоздки в использовании и дороги. Гидроксиапатит потенциально обеспечивает высокую коррозионную стойкость и не токсичен для окружающей среды. Антикоррозионные покрытия на его основе имеют решающее значение для практического применения магниевых сплавов, которые используются для уменьшения массы транспортных средств, самолетов, корпусов электроники.Цель работы. Рассмотрение особенностей применения метода тепловой десорбции инертных газов, в частности азота, для исследования параметров пористой структуры наноматериалов различного состава на примере мезопористого кремния и гидроксиапатита.Материалы и методы. Применение метода тепловой десорбции инертных газов и капиллярной конденсации для исследования параметров пористой структуры порошков гидроксиапатита и пористого кремния. Метод тепловой десорбции азота реализован с помощью прибора Сорби МС, оснащенного станцией пробоподготовки Сорби Преп.Результаты. Предложены рекомендации по выбору массы материала-адсорбента, требуемой для исследования, выбору условий пробоподготовки и диапазона изменения относительного парциального давления газаадсорбата. Установлено, что выбранные типы образцов характеризуются отсутствием системы микропор в структуре. Проанализирована зависимость удельной поверхности порошков гидроксиапатита и параметров его мезопористой структуры от условий термообработки.Заключение. Исследование процессов адсорбции и капиллярной конденсации азота позволяет воспроизводить параметры пористой структуры гидроксиапатита и пористого кремния, что является важным показателем для их применения в медицине и электронике в качестве антикоррозионных покрытий и для реализации оптических фильтров
Определение оптимального спектрального состава излучения светодиодной фитолампы для стимуляции развития семян моркови и томата
Get PDFIntroduction. Light-emitting diode (LED) irradiation is widely used in various spheres of human activity, including agriculture. Due to the growing urban population and aggravating environmental situation, the problem of high-quality food provision is increasingly attracting research attention. In this context, it is important to develop energy-efficient optical systems for ensuring optimal irradiation conditions for accelerating the growth of various types of plants and improving the quality of products in autonomous agro-industrial complexes.Aim. Determination of an optimal spectral radiation composition of a phytolamp consisting of LEDs based on AlGalnP (660 and 730 nm) and InGaN (440 nm), as well as phyto-LEDs (400. _ .800 nm), to stimulate the growth and development of tomato and carrot sprouts at the germination stage. Calculation of the LED optical power and photosynthetic photon flux density (PPFD).Materials and methods. Experiments were carried out to study the influence of visible radiation of different quality and quantity on the development parameters of carrot and tomato seeds, including germination energy, the appearance of cotyledon and primary leaves, seed germination, average hypocotyl and root length. Optimal spectral composition and radiation power parameters ensuring effective growth of plants were determined.Results. Additional 660-nm irradiation of tomato sprouts at the germination stage was shown to exhibit a positive effect on germination, average sprout length and root development. The best results of carrot germination and development were achieved when irradiated with short-wavelength light (PPFD 243 µmol∙s–1∙m–2). Irradiation of ~ 170 µmol∙s–1∙m–2 blue and 86 µmol∙s–1∙m–2 red light was found to be effective for enhancing carrot cultivation.Conclusion. The developed irradiation schemes can be used to vary the spectral radiation composition and PPFD at different stages of crop growth and development, thereby increasing yields and reducing energy costs. In the future, this technology can be used in space research, where high energy efficiency is fundamental.Введение. В настоящее время светодиодное (СИД) освещение стало преобладающим во многих сферах деятельности человека, в том числе в сельском хозяйстве. С каждым годом все большей проблемой становится обеспечение населения достаточным количеством качественной продукции вследствие текущей экологической обстановки и активного роста городского населения. Для решения данной проблемы требуется разработка энергоэффективных оптических систем с целью создания оптимальных условий освещенности для ускорения роста различных типов растений и повышения качества продукции в автономных агропромышленных комплексах.Цель работы. Определение оптимального спектрального состава излучения фитолампы, состоящей из СИД на основе AlGalnP (660 и 730 нм), на основе InGaN (440 нм) и "фитосветодиодов" (400 . .800 нм), для стимуляции роста и развития ростков томатов и моркови в стадии проращивания. Расчет оптической мощности СИД и плотности фотосинтетического фотонного потока (photosynthetic photon flux density, PPFD) на ее основе. Материалы и методы. Проведен ряд экспериментов, связанных с исследованием влияния различного качества и количества излучения видимого диапазона на параметры развития семян моркови и томатов, к которым относятся энергия прорастания, появление семядольных и первичных листьев, всхожесть семян, средняя длина гипокотиля и корня; выявление оптимального спектрального состава и мощности излучения для повышения скорости роста растений.Результаты. Показано, что досветка излучением 660 нм ростков томатов в стадии проращивания положительно влияет на всхожесть, среднюю длину ростка и корневое развитие. Наилучшие результаты всхожести и развития моркови достигаются при облучении светом коротковолнового диапазона (PPFD 243 мкмоль∙с-1 -м-2), для усиления вегетативного развития моркови подходит облучение ~170 мкмоль с-1 -м-2синего света и 86 мкмоль с-1 -м-2 красного.Заключение. Созданные программы освещения позволят варьировать спектральный состав излучения и PPFD на разных этапах роста и развития культур, тем самым увеличивая урожайность и снижая энергозатраты. В перспективе данная технология может быть использована в космосе, так как высокая энергоэффективность в данном сегменте является принципиальной
Методика оценки надежности связи в коротковолновой радиолинии с райсовскими замираниями с учетом диффузности ионосферы
Get PDFIntroduction. There exists a technique for estimating the dependence of communication reliability in a shortwave radio-frequency transmission channel (SWRC) with a single discrete beam and diffuse wave scattering across small-scale ionospheric inhomogeneities on the selected operating frequency taking into account the given signal-to-noise ratio and ionospheric diffusivity. In this technique, the Nakagami m-distribution is used to describe interference fading of the received signal. However, in a single-beam SWRC, fading signal amplitudes are described by the Rician or generalized Rayleigh, rather than by Nakagami, distribution in 90 % of all cases. At the same time, the results obtained using the Nakagami distribution to approximate fading and to assess its effect on communication quality agrees well with those obtained by the Rician distribution only in two cases: the presence of Rayleigh distribution or the complete absence of fading.Aim. To develop a methodology for estimating communication reliability in a single-beam SWRC with Rician fading and to compare its results with that under Nakagami fading.Materials and methods. The effect of operating frequency and ionospheric diffusivity on fading distribution parameters in a single-beam SWRC was estimated by simulating transionospheric communication channels based on a radio-physical phase screen method. The effect of Rician fading parameters on communication reliability was simulated in the MatLab environment. The initial data on ionospheric parameters were obtained using the IRI-2016 model.Results. A three-stage methodology for estimating communication reliability in a single-beam SWRC with Rician fading was developed; its results were compared with that under Nakagami fading. Dependencies were obtained to describe communication reliability in a single-beam SWRC during the day and at night on the selected operating frequency relative to the maximum applicable frequency and on the level of ionospheric diffusivity during Rician and Nakagami fading.Conclusion. The conducted analysis showed that, at different levels of ionospheric diffusivity, communication reliability in a single-beam SWRC with Nakagami fading can be significantly overestimated (up to 12 %), compared to that under Rician fading.Введение. Известна методика оценки зависимости надежности связи в коротковолновой (КВ) радиолинии с одним дискретным лучом и диффузным рассеянием волны на мелкомасштабных неоднородностях ионосферы от выбора рабочей частоты с учетом сигнально-помеховой обстановки и уровня диффузности ионосферы. В данной методике для описания интерференционных замираний принимаемого сигнала используется m-распределение Накагами. Однако в КВ однолучевой радиолинии замирания амплитуды сигнала в 90 % всех случаев описываются распределением не Накагами, а Райса, или обобщенным распределением Рэлея. При этом применение распределения Накагами для аппроксимации замираний и анализа их влияния на качество связи дает хорошее совпадение с распределением Райса только в двух частных случаях: распределения Рэлея и полного отсутствия замираний.Цель работы. Разработать методику оценки надежности связи в однолучевой коротковолновой радиолинии с райсовскими замираниями и сравнить ее результаты с надежностью связи при замираниях Накагами.Материалы и методы. Для оценки влияния рабочей частоты и диффузности ионосферы на параметры распределения замираний в однолучевой КВ-радиолинии использовались методы моделирования трансионосферных каналов связи на основе радиофизического метода фазового экрана. Для оценки влияния параметров замираний с распределением Райса на надежность КВ-связи использовалась среда MatLab. Исходные данные о параметрах ионосферы получены с использованием модели IRI-2016.Результаты. Разработана 3-этапная методика оценки надежности связи в однолучевой КВ-радиолинии с райсовскими замираниями и осуществлено сравнение ее результатов с надежностью связи при замираниях Накагами. Получены зависимости надежности связи в однолучевой КВ-радиолинии ночью и днем от выбора рабочей частоты относительно максимально применимой частоты и от уровня диффузности ионосферы при замираниях Райса и Накагами.Заключение. Анализ полученных результатов показывает, что при различном уровне диффузности ионосферы надежность связи в однолучевой КВ-радиолинии с замираниями Накагами может быть существенно завышена (до 12 %) по сравнению с замираниями Райса
Экспериментальное исследование траекторных признаков для распознавания низколетящих малоскоростных радиолокационных целей в полуактивной РЛС
Get PDFIntroduction. Small unmanned aerial vehicles (UAVs) are a growing threat due to their possible use for illegal activities. Currently, passive coherent radar systems are widely used to detect, track and recognize moving targets, including small UAVs, which makes them a promising tool for use in modern airspace radar monitoring systems. At the same time, recognition of small UAVs becomes a challenging task due the possibility of confusing them with birds, particularly in maritime areas with large bird populations. In a search for new solutions to the problem of recognizing small UAVs, trajectory features can be used.Aim. To analyze differences between the trajectory features of low-flying low-speed targets in order to verify the possibility of their use for recognition purposes.Materials and methods. Real radar measurements of UAVs and birds obtained by a passive coherent radar system were used. Specific characteristics of the trajectory parameters of target classes were built using computer statistical modeling in the MatLab environment. Differences in the movement trajectory of targets were established by comparative analysis.Results. Significant differences between the flight path of UAVs and birds were found. Specific features of the trajectory of small aerial targets of each type were investigated. On the basis of radar measurement, graphs of the characteristic trajectory parameters of UAVs and birds were plotted. The conducted comparative analysis allowed identification of the characteristics of the flight path of each target type in each movement segment. Trajectory features that can be used for recognition purposes were identified.Conclusion. The practical significance of the proposed trajectory features and the possibility of their implementation in the development of an algorithm for recognizing low-flying low-speed radar targets using passive coherent radar systems was established. The knowledge of differences between the flight path of UAVs and birds can improve the quality of the UAV recognition problem.Введение. Малые беспилотные воздушные суда (БВС) представляют собой растущую угрозу из-за их возможного неправомерного использования для незаконной деятельности. В настоящее время полуактивные РЛС широко используются для обнаружения, сопровождения и распознавания движущихся целей, в том числе малых БВС, что делает их перспективным средством использования в современных системах радиолокационного мониторинга воздушного пространства. При этом распознавание малых БВС является сложной задачей, так как ввиду сходства характеристик их легко спутать с птицами, особенно в морских районах, где популяции птиц могут быть значительными. Для решения проблемы распознавания малых БВС предлагается использовать траекторные признаки.Цель работы. Анализ траекторных признаков низколетящих малоскоростных целей и исследование возможности применения для решения задач распознавания этих целей.Материалы и методы. Использованы реальные радиолокационные отметки БВС и птиц, полученные в полуактивной РЛС. Построены характеристики траекторных параметров целей типа "БВС" и "птица" с помощью компьютерного статистического моделирования в среде MatLab; применен метод сравнительного анализа для определения различия траектории целей.Результаты. Экспериментальные исследования показали существенные различия траекторий полета БВС и птиц. Исследованы особенности траекторий малых воздушных целей каждого типа. Построены графики характерных параметров траектории полета БВС и птиц на основе их радиолокационных отметок. В результате сравнительного анализа данных определены характеристики полета каждого типа целей на каждом участке движения, выделены информативные траекторные признаки, которые можно использовать для разработки алгоритма распознавания в пассивном когерентном локаторе (ПКЛ).Заключение. Результаты эксперимента подтвердили практическую значимость предлагаемых траекторных признаков и возможность их применения при разработке алгоритма распознавания низколетящих малоскоростных радиолокационных целей в ПКЛ. Использование различий траекторий полета БВС и птиц способно повысить качество решения задачи распознавания БВС
Оптимизация формы сигналов с квадратурной амплитудной модуляцией с использованием критерия заданной скорости спада уровня внеполосных излучений
Get PDFIntroduction. The growth in the volume of information transmitted through communication channels leads to their significant congestion. Almost all methods conventionally used to increase the data transfer rate in given frequency bands have been exhausted. In this regard, it is of interest to use new approaches aimed at improving the spectral efficiency of radio engineering and telecommunication systems by applying optimal signals that make it possible to use the bandwidth reserves of transmission channels given by Shannon's theory.Aim. Improvement of the spectral efficiency of digital messaging systems by using signals with a compact spectrum and increased volume of the channel alphabet at the same time as minimizing energy losses.Materials and methods. When searching for optimal signals, the mathematical apparatus of communication theory and functional analysis, as well as the methods of calculus of variations, were used. The evaluation of bit error rate performance of the obtained optimal signals transmitted in a channel with additive white Gaussian noise was performed in the MatLab environment. Results. It was established that, in a channel with additive white Gaussian noise, optimal signals with a signal constellation size of 64 in the case of quadrature amplitude-phase modulation provide an energy gain of more than 1 dB relative to signals obtained by narrowband filtering under the conditions of uncontrolled intersymbol interference. Optimal signals were shown to provide for an energy gain of 4.9 dB with respect to signals based on narrow-band filtering at a fixed spectral efficiency of 7 (bit/s)/Hz.Conclusion. The paper proposes a method for improving the spectral efficiency of quadrature signals with amplitudephase modulation, based on the use of optimal pulse shapes obtained as a result of solving an optimization problem. The optimization problem was solved according to the criterion of minimizing out-of-band emissions with the constraint on bit error rate performance in case of amplitude-phase modulation. The energy and spectral efficiency of signals with optimal pulse shapes and signals based on narrow-band filtering were compared.Введение. Рост объемов передаваемой информации по каналам связи приводит к их существенной перегруженности. Практически все используемые традиционные методы повышения скорости передачи данных в заданных полосах частот исчерпаны. В этой связи представляет интерес использование новых подходов, направленных на повышение спектральной эффективности радиотехнических и телекоммуникационных систем путем применения оптимальных сигналов, позволяющих задействовать резервы пропускной способности каналов передачи, которые дает теория Шеннона.Цель работы. Повышение спектральной эффективности систем передачи цифровых сообщений путем применения сигналов с компактным спектром и увеличения объема канального алфавита при минимизации энергетических потерь.Материалы и методы. При поиске оптимальных сигналов используется математический аппарат теории связи и функционального анализа, а также методы вариационного исчисления. Оценка помехоустойчивости приема полученных оптимальных сигналов при передаче в канале с аддитивным белым гауссовским шумом выполнена в среде MatLab.Результаты. Установлено, что в канале с аддитивным белым гауссовским шумом оптимальные сигналы при размере сигнального созвездия 64 в случае квадратурной амплитудно-фазовой модуляции обеспечивают энергетический выигрыш более 1 дБ относительно сигналов, которые получаются путем узкополосной фильтрации в условиях неконтролируемой межсимвольной интерференции. Показано, что оптимальные сигналы позволяют получить энергетический выигрыш 4.9 дБ по отношению к сигналам, построенным на основе узкополосной фильтрации, при фиксированной спектральной эффективности 7 (бит/с)/Гц.Заключение. Предложен метод повышения спектральной эффективности квадратурных сигналов с амплитудно-фазовой модуляцией, основанный на применении оптимальных форм импульсов, полученных в ходе решения оптимизационной задачи. Приведена процедура решения оптимизационной задачи по критерию минимизации внеполосных излучений при наличии ограничения на помехоустойчивость приема в случае амплитудно-фазовой модуляции. Выполнено сравнение энергетической и спектральной эффективности, обеспечиваемой сигналами с оптимальными формами импульсов и сигналами, построенными на основе узкополосной фильтрации
Прямой расчет полосно-пропускающих фильтров
Get PDFIntroduction. When calculating band-pass filters (BPF), the circuit elements can be determined by converting the parameters of prototype low-pass filters (LPF). In a number of cases, the synthesized BPF does not have a direct prototype in the low-frequency range. Such filters include, e.g., BPFs with nodes tied to zero potential and other types of filters. Filters can be calculated directly by equating the coefficients of the synthesized filter transfer function (TF) and the realized TF obtained from the low-pass filter TF by the frequency conversion followed by solving the corresponding system of equations.Aim. To develop a methodology for direct calculation of band-pass filters with attenuation poles.Materials and methods. The simplest scheme of BPF with attenuation poles can be formed by two sequentially connected Г-shaped half-links on parallel circuits. Such a filter is realized only at certain requirements upon attenuation characteristics. When switching to BPF schemes with an additional parallel circuit in the transverse branch and a sequential circuit in the longitudinal branch, these restrictions are removed. In this paper, we develop a method for calculating inverse and quasi-elliptical BPF of П-shaped and T-shaped type, which have no restrictions when selecting the minimum attenuation and unevenness of the amplitude-frequency response (AFR).Results. The TF analytical expressions of the 6th and 10th order BPF were derived. Relations were obtained that allow the number of equations of the system for determining the filter parameters to be reduced. For П- and T-shaped 6th order BPFs, representations of circuit inductances through the central frequency and filter capacitances were obtained. This made it possible to express transfer functions through capacitances, at the same time as reducing the number of equations of the system. Examples of direct calculation of the 6th and 10th order PPFs were given.Conclusion. When converting TF of LPF, the frequencies of the realized AFR at both sides of the central BPF frequency are connected by certain relations. This fact makes it possible to eliminate the equations of the system that equate the coefficients of transfer function numerators, thereby reducing the total number of equations. Parameters, whose number exceeds that of the equations of the system, are selected arbitrarily from a number of standardized values. As a result, the accuracy of reproducing the realized frequency response is significantly improved.Введение. При расчете полосно-пропускающих фильтров (ППФ) элементы цепи могут быть определены преобразованием параметров фильтра нижних частот (ФНЧ), являющегося прототипом синтезируемого фильтра. В ряде случаев синтезируемый ППФ не имеет прямого прототипа в низкочастотном диапазоне. К таким фильтрам можно отнести, например, ППФ с узлами, привязанными по постоянному току к нулевому потенциалу, и некоторые другие типы фильтров. Фильтры могут рассчитываться непосредственно приравниванием коэффициентов передаточной функции (ПФ) синтезируемого фильтра и преобразованной ПФ ФНЧ и решением полученной системы уравнений.Цель работы. Разработка методики непосредственного расчета ППФ с полюсами затухания.Материалы и методы. Простейшая схема ППФ с полюсами затухания может быть образована двумя последовательно соединенными Г-образными полузвеньями на параллельных контурах. Такой фильтр реализуется лишь при определенных требованиях к характеристикам затухания. При переходе к схемам ППФ с дополнительным параллельным контуром в поперечной ветви и последовательным контуром в продольной ветви указанные ограничения снимаются. В статье разработана методика расчета инверсных и квазиэллиптических ППФ П-образного и Т-образного типа, не имеющих ограничений при выборе минимального затухания и неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ).Результаты. Приведены аналитические выражения ПФ ППФ 6-го и 10-го порядков. Получены соотношения, позволяющие уменьшить число уравнений системы для определения параметров фильтра. Для П- и Т-образных ППФ 6-го порядка получены выражения индуктивностей контуров через центральную частоту и емкости фильтров, что позволило выразить через емкости ПФ и дополнительно сократить количество уравнений системы. Приведены примеры прямого расчета ППФ 6-го и 10-го порядков.Заключение. При преобразовании ПФ ФНЧ часто́ты реализуемой АЧХ, лежащие по обе стороны от центральной частоты ППФ, связаны известными соотношениями. Учет этого обстоятельства позволяет исключить из рассмотрения уравнения системы, приравнивающие коэффициенты числителей передаточных функций, и уменьшить общее число уравнений. Параметры, число которых превышает число уравнений системы, выбираются произвольно из ряда стандартных значений, что значительно повышает точность воспроизведения реализуемой АЧХ
Математическая модель бортовой антенны возвращаемых космических аппаратов с учетом поверхностных волн
Get PDFIntroduction. The onboard antennas of the returned hypersonic aircraft are weakly directional, which is achieved by radiation from the open end of the waveguide. When passing through dense layers of the atmosphere, they are exposed to aerodynamic heating, for protection from which a heat-resistant radio-transparent thermal protection is used. The case of uniform thermal protection of the antenna can be interpreted as the absence of heating or heating uniform in the thickness of the thermal protection.Aim. The problem of obtaining an analytical description of the radiation characteristics of a circular waveguide closed by a flat homogeneous dielectric plate is solved. Since in such a formulation it is necessary to consider the resonant domain, a strict solution of Maxwell's equations is required.Materials and methods. Of the known analytical methods of solution, it is possible to use the method of integral transformations and the method of eigen functions. Both of these methods are used in the work. In this case, the assumption is used that the electrical parameters of the dielectric plate (thermal protection) and the geometric dimensions do not depend on time.Results. The relations describing the directional pattern of a circular waveguide with dielectric thermal protection and taking into account the electrical parameters of thermal protection and its thickness are obtained. Expressions are also obtained for the fields of lateral, surface and outflow waves, from which it is possible to calculate the power output by these fields. Relations for the separation of singular points of integrand expressions into poles corresponding to surface, outflow and lateral waves are obtained. Surface, outflow and lateral waves can have a certain effect on the radiation pattern. To determine this conclusion, analytical relations are obtained for determining the poles of integrand expressions that fully describe surface, outflow and side waves. All the analytical results obtained correspond to Numerical calculations were carried out on some of the obtained ratios.Conclusion. The results showed that the power of the side waves is zero. It also follows from the calculations carried out that there is no radiation field of surface and outgoing waves, i.e. there is no contribution of them to the radiation pattern.Введение. Бортовые антенны возвращаемых гиперзвуковых летательных аппаратов являются слабонаправленными, что достигается излучением из открытого конца волновода. При прохождении плотных слоев атмосферы они подвергаются аэродинамическому нагреву, для зашиты от которого применяется нагревостойкая радиопрозрачная теплозащита. Случай однородной теплозащиты антенны можно интерпретировать как отсутствие нагрева или нагрев равномерный по толщине теплозащиты.Цель работы. Решается задача о получении аналитического описания характеристик излучения круглого волновода, закрытого плоской однородной диэлектрической пластиной. Поскольку в такой постановке приходится рассматривать резонансную область, то требуется строгое решение уравнений Максвелла.Материалы и методы. Из известных аналитических методов решения возможно применение метода интегральных преобразований и метода собственных функций. Оба метода и использованы в работе. При этом использовано предположение, что электрические параметры диэлектрической пластины (теплозащиты) и геометрические размеры не зависят от времени.Результаты. Получены соотношения, описывающие диаграмму направленности круглого волновода с диэлектрической теплозащитой и учитывающие электрические параметры теплозащиты и ее толщину. Также получены выражения для полей боковых, поверхностных и вытекающих волн, которые позволяют рассчитать мощность, отводимую этими полями. Получены соотношения для разделения особых точек подынтегральных выражений на полюсы, отвечающие поверхностным, вытекающим и боковым волнам, способным оказывать определенное влияние на диаграмму направленности. Для этого вывода получены аналитические соотношения для определения полюсов подынтегральных выражений, полностью описывающих поверхностные, вытекающие и боковые волны. По некоторым из полученных соотношений были проведены численные расчеты.Заключение. Результаты показали, что мощность боковых волн равна нулю. Также из проведенных расчетов следует, что поле излучения поверхностных и вытекающих волн отсутствует, т. е. нет их вклада в диаграмму направленности.
Сравнительный анализ математических моделей следящих радиовысотомеров
Get PDFIntroduction. Tracking radio altimeters of low altitudes are widely used in civil aviation. These devises use periodic frequency modulated continuous wave (FMCW) signals, while altitude measurements are based on processing the beat signal processing. For this purpose, a closed automatic control loop is arranged to maintain the frequency of the beat signal at a fixed level by changing parameters of the transmitted signal (the frequency deviation or the modulation period). An alternative approach to arranging the tracking loop for altitude variations is based on the use of a phase locked loop (PLL), which adjusts the reference signal – a copy of the emitted signal – to obtain the maximum cross-correlation of the beat and reference signals. А comparative analysis of short-range radio altimeters with other currently known tracking radio altimeters for various types of frequency modulation of the transmitted signal seems to be a relevant research task.Aim. An analysis of the influence of the type of frequency modulation on the accuracy of altitude estimation in a PLL-based radar altimeter, as well as a comparative analysis of this altimeter with other known tracking altimeters.Materials and methods. Mathematical models of tracking radio altimeters are proposed, and a computer simulation of their performance is carried out for the case of altitude estimation over a smooth flat surface.Results. The conducted comparative analysis of tracking radio altimeters confirmed the effectiveness of the PLL when processing signals of different frequency modulation type (sawtooth, triangular, and harmonic FM). Altitude estimates produced by PLL-based radar altimeters are unbiased, with their standard deviation not exceeding 3 cm for the signalto-noise ratio of greater than 10 dB and under the scenario parameters adopted in the work. The conducted comparison with other tracking altimeters showed that estimation errors of this radar altimeter are an order of magnitude smaller.Conclusion. A PLL-based tracking radar altimeter can be used to estimate the height of the aircraft flight. The quality of altitude estimates produced by this device is higher than those produced by other known tracking radio altimeters. Further research and field tests will investigate the accuracy of altitude estimation when working over a rough surface.Введение. Следящие радиовысотомеры (РВ) малых высот широко используются в гражданской авиации. В этих РВ применяются непрерывные периодические частотно-модулированные сигналы, а измерение высоты основано на обработке сигнала биений. Для этого в РВ организуется замкнутый контур автоматического регулирования, задачей которого является поддержание частоты сигнала биений на фиксированном уровне за счет изменения параметров излучаемого сигнала – девиации частоты или периода частотной модуляции. Существует иной способ построения контура слежения за изменениями высоты, работа которого основана на использовании измерительной петли фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ), которая подстраивает опорный сигнал – копию излучаемого сигнала – для получения максимума взаимной корреляции сигнала биений и опорного сигнала. Является актуальным сравнение качества функционирования РВ с ФАПЧ с известными в настоящее время следящими РВ при использовании различных типов частотной модуляции излучаемого сигнала.Цель работы. Анализ влияния вида частотной модуляции излучаемого РВ сигнала на точность оценки высоты в РВ с измерительным контуром ФАПЧ, а также сравнительный анализ данного РВ с известными следящими РВ.Материалы и методы. Предложена математическая модель следящих РВ и проведено математическое моделирование их работы для случая измерения высоты над гладкой плоской поверхностью.Результаты. Сравнительный анализ следящих РВ показал устойчивую работу измерительного контура ФАПЧ при работе с сигналами, использующими разные виды частотной модуляции (несимметричной и симметричной ЛЧМ, гармонической ЧМ). Оценки высоты в РВ с измерительным контуром ФАПЧ являются несмещенными, а их СКО при отношении сигнал/шум большем 10 дБ и при принятых в работе сценарных параметрах не превышает 3 см. Сравнение следящего РВ с измерительным контуром ФАПЧ со следящими РВ других типов показало, что СКО ошибки у данного типа РВ на порядок меньше.Заключение. Следящий высотомер, использующий измерительный контур ФАПЧ, может быть использован для измерения высоты полета воздушных судов. Качество получаемых оценок высоты у данного типа РВ лучше, чем у других известных следящих РВ. Дальнейшие исследования будут связаны с изучением точности оценивания высоты у следящих измерителей при работе по шероховатой поверхности и проведению натурных испытаний
Расчет значений рабочих напряжений для безотказной работы электростатического измерителя направления малых отклонений
Get PDFIntroduction. Periodic geodetic observations are used to control the position of building structures and soil massifs. Since tilt is considered to be one of the most dangerous types of building deformations, this paper considers existing methods for its determination. When a horizontal displacement (tilt) is detected, it is of particular importance to assess not so much its angle but its direction. This allows preventive measures to be timely enforced. Therefore, determination of the direction of horizontal displacements at small tilt angles presents a relevant research problem. In order to increase the sensitivity of the considered measuring device, it is proposed to use the action of electric field.Aim. Calculation of electrical voltages that ensure reliable operation of the device under consideration, depending on its geometric dimensions and characteristics of the materials used.Materials and methods. The device was made of conductive, semiconductive and dielectric materials. Calculations were based on an analysis of forces acting on a vertically suspended load in the presence of electric field. The conditions of equilibrium and instability of the position of the load arising due to strong positive feedback in electric field were considered.Results. Calculations were performed to support a reasonable choice of geometric and electrophysical characteristics of the developed device. A formula was obtained for the values of electrical voltages that could ensure troublefree operation of the device. The calculated values of operating voltages were found to be acceptable for practical application. The main structural elements of the device and one of the possible methods for registering information signals were proposed.Conclusion. Due to the instable position of the load in a sufficiently strong electric field, the developed device allows the direction of displacements to be measured even when their values tend to zero. This makes the developed device promising for practical application. However, it should be noted that, under such small displacements, the accuracy of the device depends on the manufacturing conditions and random factors.Введение. Для контроля положения конструкций и грунтового массива используют периодические геодезические наблюдения. Поскольку наиболее опасным видом деформации здания является крен, рассмотрены существующие методы его определения. На начальном этапе при обнаружении крена для своевременного принятия превентивных мер важна информация не столько о величине крена, сколько о его направлении. Поэтому задача определения направления отклонения от вертикали при малых углах отклонений является актуальной. Для повышения чувствительности рассматриваемого измерительного устройства предлагается использовать силовое действие электрического поля.Цель работы. Расчет значений электрических напряжений, обеспечивающих надежную работу рассматриваемого устройства в зависимости от его геометрических размеров и характеристик применяемых материалов.Материалы и методы. В устройстве используются проводящие, полупроводящие и диэлектрические материалы. Расчет основан на анализе сил, действующих на вертикально подвешенный груз в присутствии электрического поля. Рассматриваются условия равновесия и нестабильности положения груза, возникающего за счет сильной положительной обратной связи в электрическом поле.Результаты. Выполнен расчет, позволяющий обеспечить обоснованный выбор геометрических и электрофизических характеристик разработанного устройства. Получена формула для значений используемых электрических напряжений, обеспечивающих его безотказную работу. Рассчитанные значения искомых напряжений оказались приемлемыми для практических применений. Предложены основные элементы конструкции устройства и один из возможных способов регистрации информационного сигнала.Заключение. Разработанное устройство в условиях нестабильности положения груза в достаточно сильном электрическом поле отличается тем, что позволяет измерять направление отклонения даже при его значении, стремящемся к нулю. В то же время при таких малых отклонениях становятся существенными неточность изготовления устройства и влияние случайных факторов. В работе предложены способы решения этих проблем
Research and Design of an X-Band UHF Power Amplifier
Get PDFIntroduction. A method for designing power amplifiers for use in the transmitting channels of X-band transceiver modules is investigated. The design process was aimed at optimizing the relationship between the basic amplifier characteristics, including the operating frequency band, output power level, output linearity, high harmonics suppression, etc. Aim. Investigation of a method for designing an X-band UHF power amplifier, which is capable of optimizing the relationship between its main characteristics. Materials and methods. Theoretical calculations were combined with experimental studies into the design of a UHF power amplifier. The stages of the design process are described in detail, including major ideas, principal circuits, and strip circuits. Evaluations were conducted using the Keysight ADS high frequency circuit simulation tool. Results. A method for designing X-band UHF power amplifiers on the basis of a close combination of theory, simulation, and experimental adjustment was described in detail. Conclusion. A prototype of an X-band PA was developed; an approach to developing a methodology for manufacturing, measuring, and testing X-band PAs is described.Introduction. A method for designing power amplifiers for use in the transmitting channels of X-band transceiver modules is investigated. The design process was aimed at optimizing the relationship between the basic amplifier characteristics, including the operating frequency band, output power level, output linearity, high harmonics suppression, etc. Aim. Investigation of a method for designing an X-band UHF power amplifier, which is capable of optimizing the relationship between its main characteristics. Materials and methods. Theoretical calculations were combined with experimental studies into the design of a UHF power amplifier. The stages of the design process are described in detail, including major ideas, principal circuits, and strip circuits. Evaluations were conducted using the Keysight ADS high frequency circuit simulation tool. Results. A method for designing X-band UHF power amplifiers on the basis of a close combination of theory, simulation, and experimental adjustment was described in detail. Conclusion. A prototype of an X-band PA was developed; an approach to developing a methodology for manufacturing, measuring, and testing X-band PAs is described