Физика волновых процессов и радиотехнические системы @journal-pwp
Статьи журнала - Физика волновых процессов и радиотехнические системы
Все статьи: 608
Кольцевая многолучевая антенная решетка с частотным сканированием
Статья научная
Обоснование. Реализация сканирующих антенн для систем помехозащищенной связи, радиолокационных систем является важной и актуальной задачей. Одним из наиболее перспективных методов отклонения луча является частотное сканирование, которое может эффективно сочетаться с коммутационным, что позволит обеспечить полноазимутальное и угломестное сканирование без применения фазовращателей. Цель. Произвести исследование и моделирование кольцевой многолучевой антенной системы с возможностью частотного сканирования, а также формирования нескольких лучей одновременно. Выполнить моделирование при запитывании разных портов для оценки возможностей формирования разных лучей антенны, а также в многолучевом режиме. Исследовать возможность отклонения луча по частоте с определением диапазона рабочих частот. Методы. Основные результаты получены на основе электродинамического моделирования, которое выполнялось с использованием метода конечных элементов в DS CST Studio Suite 2025. Основные методы анализа характеристик базировались на рассмотрении диаграмм направленности, а также их поведении при дифракции на решетках эшелетт. Результаты. Получены характеристики антенной системы в диапазоне частот от 8,3 до 10 ГГц. Доказано, что антенная система позволяет реализовать полноазимутальное сканирование путем коммутации разного числа входных портов. Показано, что предложенная конструкция антенной системы может управляться как по направлению луча, так и по ширине главного лепестка путем выполнения коммутации разного числа антенных элементов, при этом сохраняется частотное сканирование в широком диапазоне рабочих частот. Получено, что антенна позволяет обеспечивать формирование двух разнонаправленных лучей с частотным сканированием. Заключение. Предложенная антенная система может быть использована для реализации высокочастотного обнаружения малых целей и помехозащищенного канала связи с частотной перестройкой для удержания объекта в луче антенны. Особенность предложенной многолучевой антенны заключается в возможности реализации двухкоординатного сканирования на основании частотного сканирования и коммутационного подключения антенных элементов.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается проблема решения дисперсионных уравнений волн направляющих электродинамических структур на комплексной плоскости одного из волновых чисел. Предлагается комбинированный метод, основанный на сочетании положительных свойств метода Мюллера и метода вариации фазы, основанного на принципе аргумента. Описывается процедура применения метода.
Бесплатно
Компенсация нелинейных искажений в многокаскадных усилителях
Статья научная
В работе рассматриваются методы компенсации нелинейных искажений четных и нечетных порядков на выходе многокаскадных усилителей радиоприемных устройств. Суть предлагаемого метода - использование дополнительных взаимодействий основных частот с гармониками и комбинациями второго порядка для нейтрализации нежелательных спектральных составляющих. Определена оптимальная конфигурация двухканальных схем усилителей на полевых транзисторах для одновременного подавления интермодуляционных искажений второго и третьего порядка. Показаны преимущества компенсации интермодуляционных продуктов третьего порядка в конечном узле схемы по сравнению с их минимизацией в отдельных каналах.
Бесплатно
Комплексная форма дискретных отображений томсоновских автоколебательных систем
Статья научная
Предложены новые дискретные отображения автоколебательных систем томсоновского типа. Отображения получены методом структурного синтеза с использованием последовательностей дискретных отсчетов импульсных характеристик резонаторов, входящих в состав автоколебательных систем. Метод медленно меняющихся амплитуд использован для анализа динамических характеристик автоколебаний в дискретном времени. Приведен пример генерации автоколебаний дискретным отображением осциллятора Ван дер Поля.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье представлены результаты моделирования системы передачи информации с OFDM с использованием цифровых радиоэлектронных устройств, реализующих метод скремблирования передаваемых сигналов и маскирования передаваемой информации. В качестве источников маскирующих сигналов в работе рассматриваются псевдослучайные последовательности, полученные с помощью генераторов, построенных на основе модифицированных систем с динамическим хаосом. Получены оценки вероятности битовой ошибки рассматриваемой системы передачи информации, оценен пик-фактор сигналов, корреляционные характеристики скремблированной и исходной информации, получена оценка энтропии передаваемой информации. Результаты работы могут быть использованы при проектировании современных систем передачи информации с целью повышения безопасности передаваемой информации и снижения пик-фактора формируемых сигналов.
Бесплатно
Комплексный резонанс как явление, описываемое самосогласованной присоединенной краевой задачей
Статья научная
Устанавливается соответствие между свойствами комплексного резонанса и особенностями несамосопряженных самосогласованных присоединенных краевых задач. Явление, классифицируемое как «комплексный резонанс», имеет место в электродинамических структурах, описываемых несамосопряженными краевыми задачами. Показывается, что при парном возбуждении комплексных волн, имеющих комплексную сопряженность по волновым числам и амплитудам, образуется колебание, «присоединенное» к источнику, которое описывается присоединенным уравнением Гельмгольца, то есть уравнением, в правой части которого стоит решение однородной краевой задачи. Особенность комплексного резонанса заключается в том, что он существует во всем диапазоне комплексных волн при обязательном присутствии источника.
Бесплатно
Конечные разности в задаче синтеза нелинейных ДВ-осцилляторов
Статья научная
Метод конечных разностей использован для дискретизации времени в математических моделях - дифференциальных уравнениях движения автоколебательных систем томсоновского типа. Показано, что как правые, так и левые разности позволяют сохранить консервативность линейного колебательного контура автоколебательной системы, но итерируемые разностные уравнения движения (дискретные отображения) дают лишь левые разности. Для приближенного анализа автоколебаний к разностным уравнениям применен метод медленно меняющихся амплитуд. Отмечены нарушения в динамике фазы автоколебаний при переходе к дискретному времени. Продемонстрирован режим генерации хаотических автоколебаний при высоких уровнях возбуждения дискретного осциллятора Ван дер Поля. Предложен новый подход к проектированию автоколебательных систем с дискретным временем, в рамках которого параметры разностных операторов выбираются с учетом инвариантности укороченных уравнений для медленных комплексных амплитуд относительно временной дискретизации.
Бесплатно
Статья научная
В статье освещена концепция глокально-интегрированной инфраструктуры пространственно-территориального развития как основа Генеральной схемы развития сетей связи Российской Федерации в рамках плана мероприятий по направлению «Информационная инфраструктура» программы «Цифровая экономика Российской Федерации».
Бесплатно
Статья научная
Зондирование спектра на частотах «белых пятен» является важной функцией для сетей когнитивного радио. Характеристики обнаружения лицензированных пользователей одиночными вторичными пользователями будут ухудшаться под влиянием замираний в радиоканалах, как в каналах зондирования, так и каналах доставки результатов. Надежное обнаружение лицензируемых первичных пользователей реализуется на базе кооперации вторичных пользователей - кооперативного зондирования спектра. В статье рассмотрена возможность построения канала доставки по схеме регенеративной ретрансляции «жестких» однобитовых локальных решений в форме двоичной фазовой модуляции сигналов от удаленных вторичных пользователей на центральную станцию, которая формирует глобальное решение о результате зондирования. Определены потенциальная величина выигрыша схемы с ретрансляцией по отношению к схеме с прямой, непосредственной передачей и условия оптимального размещения ретранслятора в каналах с релеевскими замираниями.
Бесплатно
Статья научная
Изложены основы корректного электродинамического анализа геометрически и физически киральных элементов и метаматериалов. В качестве главного инструмента предлагается использовать интегральные представления электромагнитного поля тонкопроволочной структуры. Рассмотрен механизм учета межэлементного взаимодействия, реализующийся через обобщеную процедуру метода Гаусса - Зейделя. Приведены результаты численного моделирования для некоторых киральных элементов и метаструктур.
Бесплатно
Корреляционный метод обработки изображения микрорельефа поверхности для определения ее шероховатости
Статья научная
Обоснование. Анализ результатов использования различных машин и механизмов в народном хозяйстве показал, что шероховатость микрорельефа их рабочих поверхностей во многом определяет надежность и долговечность при их эксплуатации. В связи с этим исследование и разработка современных новых методов измерения шероховатости микрорелефа являются актуальной задачей в настоящее время.
Бесплатно
Краевая задача о нахождении функции источника, создающего заданное поле излучения
Статья научная
Формулируется самосогласованная задача об излучении, приводящая к системе однородных интегральных уравнений Фредгольма 2-го рода относительно полей на апертуре излучателя. Показывается, что эта система уравнений позволяет определять функцию источника, создающего заданное поле излучения. Рассматривается задача о расчете поля излучения с конца круглого открытого диэлектрического волновода. Показывается, что для алгебраизации интегральных уравнений в задачах данного типа успешно может использоваться метод коллокаций.
Бесплатно
Краткая библиография работ Александра Алексеевича Потапова (книги и главы в книгах)
Статья научная
Обоснование. В обзоре приведены краткая библиография работ крупного русского ученого-радиофизика Александра Алексеевича Потапова, внесшего большой вклад в развитие фундаментальных и прикладных исследований в области радиолокации, распространения и рассеяния радиоволн, обработки сигналов, фрактального и текстурного анализа, дробных операторов, скейлинга и динамического хаоса. Цель. Представить основные публикации и работы А.А. Потапова. Методы. А.А. Потапов создал широко известную в мире Российскую научную школу фрактальных методов. А.А. Потаповым с учениками предложен новый локально-дисперсионный метод измерения фрактальной размерности и соответствующих фрактальных сигнатур сигналов, изображений и волновых полей. А.А. Потапов создал новый метод современной радиолокации – фрактально-скейлинговую или масштабно-инвариантную радиолокацию. Результаты. Выполненные А.А. Потаповым исследования являются приоритетными в мире и служат основой для развития и практического применения фрактально-скейлинговых и текстурных методов современной радиофизики и радиолокации. Результаты, полученные А.А. Потаповым с учениками, являются перспективными для решения современных задач радиофизики, радиотехники, радиолокации, связи, фотоники, искусственного интеллекта и управления. В начале мая 2024 г. А.А. Потапов сформировал концепцию или парадигму Multi-profile radio – Многопрофильного радио. Данная парадигма основана на принципиально новом подходе к совместному использованию физических свойств электромагнитных волн в широком диапазоне частот и универсальности топологии фрактальных множеств. Этому предшествовал цикл работ в России и Китае в 2022–2024 годы по возможности и необходимости объединения дорожных карт «Фракталы», «Фотоника» и «Искусственный интеллект» для сквозных технологий. Конечная цель – принципиально новая архитектура радиосистем и радиоканалов. «Умная» или Интеллектуальная радиосреда – это беспроводная среда, которая превращается в интеллектуальное реконфигурируемое пространство и играет активную роль в передаче и обработке информации и делает более надежным обмен данными между передатчиками и приемниками. Концепция «умных» радиосред направлена на создание распределенной интеллектуальной платформы беспроводной связи, зондирования и вычислений, которая соединяет физический и цифровой миры. Заключение. Широкая эрудиция, работоспособность, целеустремленность принесли А.А. Потапову заслуженный авторитет и известность в мировом научном сообществе.
Бесплатно
Линейно поляризованное поле плоской апертуры
Статья научная
В статье проводится анализ плоской круглой апертуры и предлагается к использованию новое аналитическое выражение, описывающее диаграмму направленности элементарного излучателя апертуры антенны в зависимости от времени и угла интегрирования. Представленная в работе формула может применяться к любому плоскому участку апертуры без учета его формы. Приведено новое уравнение для первообразной функции импульсной характеристики круглой апертуры в виде эллиптического интеграла второго рода. Показано, что теоретически рассчитанные по формулам результаты хорошо согласуются с численным моделированием. При анализе численной модели использовался метод конечного интегрирования во временной области (FIT). Вследствие требования большого вычислительного ресурса численная модель представлялась упрощенной.
Бесплатно
Статья научная
Обоснование. Основные свойства и характеристики сфокусированных антенных систем, использующих узкополосные сигналы известны и в целом совпадают со свойствами широкополосных дискретных антенн с симметричным спектром. Использование широкополосных сигналов позволяет расширить технические возможности устройств, использующих сфокусированные электромагнитные поля. Настоящая статья посвящена оценке свойств широкополосных сфокусированных полей, сформированных сигналами как со сплошным, так и с дискретным спектром, показана возможность создания специальных пространственных распределений сфокусированных полей. Предложен подход к синтезу широкополосных сфокусированных антенных решеток Выработан ряд технических приложений антенных решеток, сфокусированных в зоне ближнего излученного поля по широкополосному сигналу. Цель настоящей статьи заключается в описании основных свойств сфокусированных широкополосных электромагнитных полей, показании возможности формирования специальных сфокусированных пространственных распределений и выработке на их основе вариантов практического применения.
Бесплатно
Магнитное поле МПФС приборов о-типа: расчет на основе интегральных соотношений
Статья научная
Рассмотрена магнитная периодическая фокусирующая система в виде совокупности кольцевых постоянных магнитов и кольцевых наконечников для приборов О-типа. Получены интегродифференциальные уравнения магнитостатики относительно магнитного поля и электрического вектор-потенциала для постоянных магнитов и полюсных наконечников. Методом последовательных приближений найдены их приближенные решения, приведены соответствующие уравнения и результаты.
Бесплатно
Статья научная
Обоснование. Актуальность задачи разработки новых способов эффективного управления характеристиками терагерцового излучения диктуется потребностями развития терагерцовой техники. Для практических целей важна возможность управления поляризацией и интенсивностью терагерцового излучения в наноструктурированных средах и изменения их магнитооптических свойств под действием внешнего магнитного поля. Однако в терагерцовом диапазоне отсутствуют материалы, обладающие способностью влиять на состояние поляризации излучения невзаимным образом. Магнитооптическая активность наносистем с комбинированными магнитными и плазмонными функциями может быть значительно увеличена за счет усиления электромагнитного поля, связанного с плазмонным резонансом, а магнитная функциональность позволяет управлять плазмонными свойствами с помощью внешнего магнитного поля. Возбуждение поверхностных магнитоплазмонов-поляритонов в графене и графеновых структурах резко изменяет магнитооптический отклик, и это делает графен уникальной площадкой для управляемых с помощью поверхностных магнитоплазмонов-поляритонов магнитооптических явлений. Цель. Целью данной работы является разработка новых способов эффективного управления характеристиками терагерцового излучения и численное исследование влияния гиротропии и возбуждения поверхностных магнитоплазмонов-поляритонов на параметры (поляризацию) поля рассеяния на магнитоплазмонных графеновых решетках в терагерцовом диапазоне частот. Методы. Эту важную научную проблему, связанную с моделированием рассеяния терагерцовых волн на магнитоплазмонных графеновых решетках и исследованием характеристик рассеянного терагерцового излучения, позволяют решить средства автоматизированного моделирования с помощью программного комплекса CST MWS на основе решения (методом конечных элементов в частотной области) электродинамической задачи дифракции. Результаты. В качестве объекта анализа выбраны магнитоплазмонные решетки графеновых нанолент в перпендикулярном внешнем магнитном поле, разработаны их модели в программном комплексе CST MWS, и показана возможность перестройки резонансных частот. Получены результаты моделирования 3D e-Field диаграмм рассеяния нормально и под углом 30° падающей плоской волны p- и s-поляризации на ячейке магнитоплазмонной решетки графеновых нанолент, а также расчета отношения амплитуд горизонтальной и вертикальной компонент Ех/Еу рассеянного поля и осевого соотношения AR в точках сечения (φ = 0°) главного лепестка 3D e-Field диаграмм рассеяния на резонансных частотах. Выявлены способы магнитного управления поляризацией рассеянного терагерцового излучения, основанные на выборе рабочих частот, соответствующих резонансам поверхностных магнитоплазмонов-поляритонов, и показана возможность преобразования линейной поляризации падающей волны в зависимости от величины внешнего магнитного поля, при этом прошедшая волна может имеет эллиптическую поляризацию (поляризационный эллипс вытянут), отраженная волна – эллиптическую поляризацию, близкую к круговой. Заключение. Возможность магнитного управления поляризацией рассеянного терагерцового излучения на магнитоплазмонных графеновых решетках позволяет создавать интегральные фотонные устройства для телекоммуникаций, терагерцовой связи и визуализации, биомедицинских технологий, сенсорики, включая биосенсоры и оптоэлектронику.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено распространение щелевых магнитостатических волн в зазоре двух полубесконечных ферромагнитных кристаллов с продольной намагниченностью в условиях относительного продольного перемещения. Показано, что вид дисперсионных зависимостей высокочастотной и низкочастотной моды щелевой магнитостатической значительно модифицируется из-за движения одного из кристаллов. При этом «чувствительность» к относительному продольному перемещению кристаллов проявляет распределение магнитного поля в зазоре только высокочастотной моды.
Бесплатно
Статья научная
Обоснование. В настоящее время наблюдается интенсивное развитие систем дистанционного зондирования Земли, в связи с чем возрастает интерес к малым космическим аппаратам для решения различного класса задач, что приводит к ужесточению требований масса-габаритных показателей систем и устройств, входящих в состав малых космических аппаратов мини и микроспутникового класса, что, в свою очередь, накладывает ограничения к номенклатуре применяемых компонентов и универсальности разрабатываемых решений на их основе. В ходе текущего этапа работ проведен аналитический обзор тенденций состояния решаемой научно-технической проблемы и перспективных направлений развития бортовой целевой аппаратуры L- и S-диапазонов частот. Цель состоит в создании облика малогабаритной бортовой аппаратуры с применением технологий программно определяемого радио и нового класса трансиверов на базе систем на кристалле. Методы. В рамках исследования были использованы методы анализа и моделирования структур перспективной аппаратуры. Также была проведена оценка возможности адаптации существующих программно определяемых устройств для применения в составе радиолокатора. Результаты исследования показали, что рассматриваемые в работе программно определяемые радиосистемы и их составные части подлежат адаптации к задачам радиолокации, выбраны наиболее современные ключевые элементы, на основе которых составлена структурная схема. Заключение. В результате проведенных исследований выбраны ключевые элементы и построена структурная схема малогабаритного устройства формирования и обработки радиолокационных сигналов L- и S-диапазонов частот на основе адаптирования программно определяемой радиосистемы NAT-AMC для решения задач радиолокации в малогабаритном форм-факторе.
Бесплатно
Малосенсорная радиофотонная адресная измерительная система для манометрии пищевода
Статья научная
В условиях современного развития манометрии высокого разрешения, катетер и его элементы используются на различных уровнях обследования и лечения пациента, как в системах оперативного, так и длительного наблюдения. Поэтому на первый план выходит подход к катетеру как к информационно-измерительной системе, решающей задачу воспроизводимых измерений спектральных характеристик каждого сенсора в малосенсорных или многосенсорных топологиях. При этом в силу известных преимуществ на первый план выходит применение в катетерах волоконно-оптических брэгговских решеток. В работе представлены результаты исследования оптомеханики узкополосных классических волоконно-оптических брэгговских решеток с большим коэффициентом связи мод и записанной в них различными методами спектрально-адресной информации путем введения в их структуру двух симметричных фазовых p-сдвигов. Проведен анализ прохождения широкополосного лазерного излучения через спектрально-адресные волоконно-оптические брэгговские решетки в малосенсорных приложениях. Дано теоретическое обоснование способов измерения давления и температуры, в том числе для компенсации влияния температуры в манометрии. Дана методика радиофотонного измерительного преобразования давления в пищеводе в зоне верхнего и нижнего сфинктеров и определение его основных методических погрешностей.
Бесплатно
