Том 22, № 4 (2019)

Настоящая статья посвящена вопросам разработки корректных методов электродинамического анализа одиночных и многоэлементных излучающих структур с подложками из киральных метаматериалов. Предложен подход к электродинамическому анализу таких антенн на основе метода сингулярных интегральных представлений поля и метода поверхностных импедансов. Получена система сингулярных интегральных уравнений относительно неизвестных функций распределения плотности токов по излучателям. Выполнена апробация предложенного метода на примере решения тестовой задачи с использованием программного комплекса Feko. Показаны перспективы использования таких излуча­ющих структур в системах MIMO, позволяющих увеличить их эффективность, в частности повысить пропускную способность. Представлен также эффект азимутального рассеяния электромагнитных волн, который может найти применение при создании низкопрофильных антенн абонентских станций радиосвязи, установленных на подвижных объектах.

Для устранения недостатков и ограничений существующих программ анализа и синтеза проволочных антенн разработана программа электромагнитного моделирования антенных решеток КВ-диапазона. Основу программного обес­печения составляет методика, предполагающая численное решение систем сингулярных интегральных уравнений типа Поклингтона в приближении проекционного метода Галеркина. Разложение неизвестных функций плотности тока выполняется в базисе кусочно-линейных функций. Сформированное программное решение позволило без введения ограничений на размер и число элементов в анализируемой антенной решетке при распараллеливании вычислительных процессов при численном интегрировании на ЦП реализовать вычислительные процедуры в режиме времени, близком к реальному. Для демонстрации функциональных возможностей программы приведены примеры моделирования проволочной Z-образной антенной решетки.

В работе рассматривается одиночный биконический сверхширокополосный приемный элемент, входящий в состав пеленгационной антенной решетки. Характеристики направленности и согласования такого элемента хорошо известны и могут быть улучшены несколькими способами, например при помощи диэлектрических линз. Однако использование классических линз существенно увеличивает конечный размер элемента и системы в целом. В работе описываются способы преобразования формы диаграммы направленности при помощи различных диэлектрических вставок, размещаемых во внутреннем объеме приемного элемента. Характеристики направленности и согласования приемного элемента будут определяться формой и диэлектрическими свойствами вставки.

Предложен новый подход к построению элементной базы электроники микроволнового и терагерцового диапазонов, связанный с разработкой функциональных элементов радиоэлектроники на основе брэгговских структур. Отмечена возможность создания на основе брэгговских структур узкополосных фильтров заграждения, обладающих вне полосы заграждения частотно-независимым коэффициентом прохождения, близким к единице. Описаны характеристики малогабаритных согласованных нагрузок, предназначенных для работы в микроволновом и терагерцовом диапазонах частот, на основе брэгговских структур, содержащих нанометровые металлические пленки. Рассмотрена возможность использования СВЧ фотонных кристаллов в качестве новых типов электродинамических систем при измерении параметров материалов и структур СВЧ-методами. При реализации методики измерения комплексной диэлектрической проницае­мости диэлектриков, основанной на использовании частотных зависимостей коэффициента пропускания и отражения на частоте дефектной моды в запрещенной зоне, применен коаксиальный фотонный кристалла.

В работе исследуется возможность использования акустооптического эффекта для демодуляции последовательности радиоимпульсов. Предложены схемы измерительных установок для определения параметров последовательности. Описаны методы анализа дифракционной картины, связывающие распределение интенсивности с характеристиками сигнала. Построены экспериментальные и теоретические кривые. На основе полученных данных сделан вывод относительно требований к материалам кристаллов, лежащих в основе акустооптических ячеек. Описаны условия появления областей неопределенности.

В данной статье представлен обзор основных научных результатов по созданию новых информационных технологий на основе текстур, фракталов, дробных операторов и нелинейных динамических методов. Исследования проводятся в рамках научного направления «Фрактальная радиофизика и фрактальная радиоэлектроника: проектирование фрактальных радиосистем», которое разрабатывается автором с 1979 г. и по настоящее время. Показано, что впервые в мире были предложены, а затем и применены новые размерностные и топологические (а не энергетические!) признаки или инварианты, которые объединены под обобщенным понятием «топология выборки» ~ «фрактальная сигнатура». Предложены текстурные и фрактально-скейлинговые (топологические) методы обнаружения сверхслабых сигналов и полей в интенсивных шумах и помехах. Открыт, предложен и развит новый вид и новый метод современной радиолокации, а именно фрактально-скейлинговая или масштабно-инвариантная радиолокация, что влечет за собой коренные изменения в самой структуре теоретической радиолокации, а также в ее математическом аппарате. Разработаны постулаты фрактальной радиолокации: 1 – интеллектуальная обработка сигнала/изображения, основанная на теории дробной меры и скейлинговых эффектов, для расчета поля фрактальных размерностей D; 2 – выборка принимаемого сигнала в шумах относится к классу устойчивых негауссовых распределений вероятностей D сигнала; 3 – максимум топологии при минимуме энергии входного случайного сигнала (т. е. максимальный «уход» от энергии принимаемого сигнала). Данные постулаты открывают новые возможности для обеспечения устойчивой работы при малых отношениях сигнал / (шум + помеха) или увеличения дальности действия радиолокаторов. Выполненные исследования являются приоритетными в мире и служат базой для дальнейшего развития и обоснования практического применения фрактально-скейлинговых и текстурных методов в современной радиофизике, радиоэлектронных системах и нанотехнологиях, а также в создании принципиально новых и более точных фрактально-текстурных (топологических) методов обнаружения и измерения параметров радиосигналов в пространственно-временном радиолокационном канале распространения электромагнитных волн с рассеянием.

В работе представлено приближенное аналитическое решение в замкнутом виде для мод изогнутого круглого слабонаправляющего оптического волокна с произвольным профилем показателя преломления. Решение справедливо для направляемых линейно-поляризованных мод произвольных радиального и азимутального порядков. Предлагаемое решение основано на совместном использовании метода приближения Гаусса и метода стратификации, а также замене оптического волокна с радиусом изгиба, значительно превышающим радиус волокна, некоторым прямым оптическим волокном c эквивалентным профилем показателя преломления. Представлены результаты вычислений для типичного профиля показателя преломления многомодового оптического волокна с диаметрами сердцевины и оболочки 50/125. Показано, что для рассмотренных примеров степень влияния радиуса изгиба на постоянную распространения моды изогнутого волоконного световода возрастает с увеличением порядка моды. При этом, в диапазоне изменений радиуса изгиба световода, в котором выполняются условия применения предложенного приближенного аналитического решения, постоянная распространения мод за счет изгиба световода изменяется незначительно и можно полагать, что это изменение не зависит от значения радиуса изгиба.

В статье рассматривается класс периодических систем в волноводных устройствах СВЧ-диапазона электромагнитных волн, показывающие в данной области частот эффекты резонансного отражения Брэгга. Показаны приоритетные направления использования указанных структур в области измерения электрофизических параметров материалов и веществ. Сформулированы общие принципы работы средств измерительного контроля диэлектрических параметров жидких сред на основе чувствительных элементов в виде брэгговских СВЧ-структур, реализованных в коаксиальном волноводе.

В статье предложен принцип преобразования чирпированного импульсного сигнала в амплитудно-модулированный сигнал (в рамках каждого информационного импульса) на базе волоконно-оптического эрбиевого усилителя. Проанализирована возможность использования традиционных EDFA для данной задачи. Найдены параметры эрбиевой среды усилителя, обеспечивающей указанное преобразование. Выполнена оценка параметров преобразователя.

Статья посвящена разработке и исследованию распределенных волоконных систем аэроакустического контроля параметров газовоздушного потока на срезе сопла турбомашин. Рассмотрена задача локализации источников и восстановление акустического поля турбомашин. Рассмотрено управление аэроакустической системой контроля на основе волоконнооптических датчиков основанное на принципах самообучения, так как экстремальные регуляторы, хотя и просто технически реализуются, однако обладают низким быстродействием, что особенно сказывается при большом числе управляющих элементов.

Решения для многосенсорного катетера в манометрии высокого разрешения на базе классической интеррогации c волновым разделением волоконно-оптических датчиков или их полигармоническим зондированием уже существуют. Предложены и измерительные системы, основанные на опросе массивов однотипных брэгговских решеток методом интерференции со сдвигом по частоте и пространственным разделением получения информации с каждой решетки в отдельности, хотя их пространственное разрешение несколько ниже требуемого. Указанный тип решений требует дорогостоящих перестраиваемых лазеров или узкополосных фильтров, а интерференция со сдвигом по частоте, в том числе и двухчастотная, с радиофотонным методом опроса, влечет за собой построение крайне сложной интерферометрической оптико-электронной схемы с необходимостью обеспечения ее стабильной работы. Дополнив задачу требованием максимально упростить и удешевить систему за счет радиофотонных методов зондирования и использования в системе массива структурированных решеток или решеток с фазовым сдвигом, и, наконец, активно развиваемых нами адресных волоконных брэгговских решеток, получим полную постановку задачи построения многосенсорного катетера для манометрии кишечника, результаты решения которой представлены в данной статье.

Представлен алгоритм обнаружения аритмий сердца, основанный на спектральном анализе электрокардиосигнала. Для анализа взяты сигналы бигеминии, тригеминии и пароксизмальной наджелудочковой тахикардии. Введен коэффициент, зависящий от граничной частоты, который отображает различия в спектрах сигналов. Найдена граничная частота, при которой суммарная вероятность ошибки минимальна. Определены пороги принятия решения на найденной граничной частоте.

В данной работе рассматривается метод фазово-частотного спектрального анализа электрокардиосигнала для определения аритмий. Описан выбор спектральных параметров для различения «нормальных» и «патологических» электрокардиографических сигналов. Приведены примеры построенных спектров различных реальных сигналов. Разработан алгоритм обнаружения аритмий и дальнейшего их различения. Показатели, полученные при спектральном анализе, планируется использовать для предотвращения развития угрожающих видов аритмий и их своевременного выявления.