Том 26, № 4 (2023)

Обоснование. Поляритоны привлекают внимание исследователей и инженеров своими уникальными свойствами и перспективными приложениями в области микро- и наноэлектроники. Среди таких применений могут быть устройства типа транзистора или даже лазера на поляритонах, о чем сообщалось в научной литературе.

Цель. В работе проводится анализ частотных спектров отражения при возбуждении поляритонов, а также рассматривается изменение эллипса поляризации при отражении света круговой поляризации от анизотропного кристалла.

Методы. На основе волнового уравнения в анизотропной среде выводится дисперсионное уравнение для поляритонов для расчета энергетических коэффициентов отражения с использованием метода характеристических матриц.

Результаты. В качестве объекта анализа выбран кристалл нитрида алюминия AlN. Показано, что применение поляризованного по кругу падающего излучения дает возможность с помощью анизотропного кристалла изменять характер поляризации от круговой до практически линейной.

Заключение. Найденная зависимость поляризации отраженного света может быть использована в электронных устройствах на базе поляритонов.

Обоснование. Использование методов исследования и проектирования устойчивых нелинейных динамических систем путем построения частотных характеристик петлевого усиления отрицательной обратной связи импульсного преобразователя напряжения через временные характеристики, полученные численными методами решения нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих электромагнитные процессы в преобразователе, занимает большое время и имеет низкую точность расчета оптимальных режимов, когда требуется рассчитывать сотни вариантов.

Цель. Поэтому представляется необходимым дальнейшее развитие теории устойчивости импульсных преобразователей напряжения модуляционного типа с использованием частотных критериев устойчивости, функций Ляпунова, амплитудно- и фазочастотных характеристики петлевого усиления преобразователя.

Методы. Устойчивость в «малом» решается с использованием линеаризованных моделей, которые строятся с использованием так называемого первого метода Ляпунова – метода «первого приближения». Второй метод исследования устойчивости нелинейных динамических систем – метод гармонической линеаризации, когда нелинейный элемент заменяется гармонически линеаризованным звеном с коэффициентом передачи только по первой гармонике. Результаты. Найдена функция Ляпунова для импульсного преобразователя напряжения с нелинейными элементами релейного типа.

Заключение. Полученные в работе результаты позволяют упростить проектирование импульсных преобразователей напряжения устойчивых по Ляпунову за счет применения метода амплитудно-частотных характеристик, используемых для стационарных линейных систем.

Обоснование. Необходимость активной сенсорной диагностики парциальных КВ-каналов с целью частотного обеспечения квазизенитных КВ-радиолиний в изменчивых условиях распространения сигнала требует повышения эффективности алгоритмов функционирования активных сенсоров за счет сокращения времени излучения. Преодолению данной проблемы способствует переход от последовательной к параллельной (одновременной) диагностике. Другой важной проблемой КВ-связи являются сосредоточенных помехи. Решение этой проблемы возможно методом пассивной сенсорной диагностики, которая позволяет оценить доступность парциальных каналов по уровню спектральной плотности мощности помех в них.

Цель. Развитие алгоритмов и программных средств, реализующих спектральный мониторинг и параллельное зондирование парциальных каналов для сенсорной диагностики ионосферных каналов квазизенитной КВ-связи.

Методы. Предлагаемый подход основан на комплексировании методов динамической диагностики при создании интеллектуальных сенсоров ионосферных КВ-радиолиний и развитии методов анализа данных. Используется созданное для решения сформулированных задач специальное программное обеспечение для ЭВМ. Экспериментальные исследования проводятся на основе созданных устройств интеллектуальных активного и пассивного радиосенсоров КВ-радиолиний и загруженности каналов КВ-связи.

Результаты. Создан сенсор ортогональных квазизенитных ионосферных радиоканалов, для этого развиты алгоритмы синтеза группового импульса, состоящего из ортогональных поднесущих с учетом минимизации пик фактора, алгоритмы разделения поднесущих и вычисление корреляционной функции на приеме. В сенсоре реализован метод модуляции сигнала OFDM-BPSK, позволяющий работать в режиме одновременно-последовательного зондирования в возможном для связи диапазоне рабочих частот, что позволило в 8 раз сократить общее время излучения сигнала.

Заключение. Полученные научные результаты имеют широкий спектр практических применений, в том числе для повышения эффективности работы систем широкополосной КВ-связи сигналами с расширенным спектром.

Обоснование. Антенные решетки находят широкое применение в различных областях радиотехники, например в радио- и телекоммуникациях, спутниковых системах связи, и др. Одной из важных характеристик антенной решетки является ее диаграмма направленности. Оценку матриц импеданса, матриц рассеяния, а также парциальных диаграмм направленности обычно производят по результатам численного электродинамического моделирования. В случае большого числа антенных элементов, такое моделирование и оптимизация решетки требует значительного времени.

Цель. Исследование взаимного влияния между двухполяризационными антенными элементами, входящими в состав линейной антенной решетки.

Методы. Моделирование антенных решеток на базе кросс-дипольных элементов проводилось с использованием методов пакетов электродинамического моделирования. Исследование взаимного влияния антенных элементов в составе антенной решетки и верификация разработанной математической модели проводились численными методами.

Результаты. Дана физическая интерпретация тому, что взаимодействие между элементами, работающими в ортогональных поляризациях практически отсутствует, а коэффициенты взаимного влияния убывают с увеличением расстояния между антенными элементами. Предложена упрощенная модель взаимного влияния, позволяющая сократить расчетную сложность задачи определения матриц взаимного влияния.

Заключение. Разработан математический аппарат, позволяющий производить расчет характеристик антенных решеток с большим количеством антенных элементов, проводя при этом электродинамическое моделирование только изолированного антенного элемента и двухэлементной решетки.

Обоснование. Недостатком спектрально эффективных сигналов с частотным мультиплексированием является появление межсимвольной интерференции, что еще более усугубляется при распространении данных сигналов в частотно селективных каналах.

Цель. Произведена оценка возможности и эффективности применения нейросетевых подходов для эквализации канала и детектирования сигнала в системах связи, использующих SEFDM сигналы.

Методы. Предложена структура приемника для SEFDM систем на основе глубокой комплекснозначной сверточной нейронной сети, позволяющая восстанавливать биты из временного представления сигнала без использования дробного преобразования Фурье и обращения матрицы взаимной корреляции между поднесущими частотами. Разработана двухэтапная схема обучения сети. На основе имитационного моделирования проведен сравнительный анализ помехоустойчивости SEFDM систем как в канале с белым гауссовским шумом, так и в канале с релеевскими замираниями, использующих классический и нейросетевой приемники.

Результаты. Показано отсутствие потерь помехоустойчивости в каналах с аддитивным белым гауссовским шумом и увеличение помехоустойчивости системы до 2 дБ в канале, заданном расширенной автомобильной моделью (3GPP-EVA).

Заключение. Показана эффективность использования глубоких нейронных комплекснозначных сверточных сетей в качестве приемников для спектрально эффективных систем связи, а также их преимущество над классическими.