Исследование поляризатора на эллиптическом волноводе Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

При использовании ФСС должны быть вычислительно неразрешимы задачи уточнения его состояния путем анализа временной эволюции сигнала. Это условие выполняется в случае локальной неустойчивости траекторий в фазовом пространстве ФСС.

Начальное малое возмущение будет возрастать, если собственное значение с наибольшей действительной частью К.е(Дх) матрицы линеаризованного

отображения (10) Ке(Яж) > 1 Если начальное возмущение возрастает для любого п, то ФСС безопасен для анализа в прямом времени по любому участку фазовой траектории, поскольку при попытках моделировать динамику формирователя погрешность определения его состояния будет возрастать. Условием безопасности ФСС является Ке(Яж) > 1 для любого Хп • В этом случае отображение (10) является гиперболическим.

Для проверки условия безопасности ФСС проведем линейный анализ отображения (10) для случая 1=2. Малые отклонения 3к,3т модельного отображения описываются уравнениями, полученными линеаризацией (12):

Условие гиперболичности преобразования (10) в прямом времени

Л fil + /22 )>2 ; fg (/¡1 + /22 ) +

fg(fil + fil1 ^ j (15) f11f22

/11/22 /11/22

В работе [13] было показано, что для безопасности использования ФСС необходима также гиперболичность в обратном времени. Условие гипербо-

личности преобразования имеет вид:

fs(/11 + f22)>2 ; fg(fii + f222)

(12) в обратном времени

fg (f11 + f22 У

. f11f22

(15) -(16) ,

- 4 < 1

(16)

Skn Sm,

n+1

1 ¿kmiH^-1)- (13)

1 /22/

Для Ь = 2 характеристическое уравнение системы (13) имеет вид:

Г2 г2 \

/11/22 /11/22

Заметим, что условия (15)-(16), также справедливы для формирователей, описанных в [14].

В общем случае описываемое модельным отображением (10) устройство можно реализовать только на цифровых элементах, используя в качестве формирователей тактовых импульсов быстродействующие автогенераторы, частота колебаний которых определяется инерционными свойствами используемых логических элементов. Таким образом, предлагаемая методика обеспечивает создание цифровых устройств, формирующих хаотическую последовательность импульсов случайной длительности.

Далее представлены результаты численного анализа функции распределения с использованием модельного отображения (12).

fg . fg

+ -

f11 f12

л+

fg2 fg

g

f11^22 f1lfl1

(14)

/

ЛИТЕРАТУРА

1. Сотов Л.С., Харин В.Н., Хвалин А.Л. Встроенные средства контроля генераторов случайных сигналов // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2010. № 7. С. 30-33.

2. Сотов Л.С., Харин В.Н., Хвалин А.Л. Детекторы режимов функционирования генераторов случайных сигналов // Автоматика и телемеханика. 2010. № 5. С. 166-170 .

3. Молодченко Ж.А., Харин В.Н., Сотов Л.С. Алгоритм создания диверсификационного метода битовых преобразований //Естественные и технические науки. 2007. № 6 (32). С. 222-225. .

4. Молодченко Ж.А., Сотов Л.С., Харин В.Н. Математические модели транспозиционных преобразований // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2007. Т. 5. № 12. С. 58-60.

5. Сотов Л.С., Соболев С.С., Харин В.Н. Кросс - кластерная коммутационная матрица для аппаратной поддержки управляемой перестановки данных в криптографических системах // Проблемы информационной безопасности. Компьютерные системы. 200 9. № 4. С. 5 6-63.

6. Молодченко Ж. А., Харин В. Н., Овчинников С. В., Сотов Л. С. Модели аппаратных акселераторов перестановок бинарных множеств // Гетеромагнитная микроэлектроника : сб. науч. тр. Саратов :. Изд-во Сарат. ун-та, 2008. Вып. 4 : Гетеромагнитная микро- и наноэлектроника. Системы информационной безопасности. Прикладные аспекты. С. 11-23. : б.н.

7. Сотов Л.С. Об эффективности использования специальных команд преобразования форматов данных в вычислительной технике // Гетеромагнитная микроэлектроника. 2011. № 10. С. 61-80.

8. Сотов Л. С., Ачкасов В. Н. Универсальный модуль манипуляции битами данных в микропроцессорах // Гетеромагнитная микроэлектроника : сб. науч. тр. Саратов :. Изд-во Сарат. ун-та, 2011. Вып. 11 : Гетеромагнитная микро- и наноэлектроника. Системы информационной безопасности. С. 57-73.

9. Молодченко Ж.А., Сотов Л.С., Харин В.Н. Модели аппаратных функциональных формирователей перестановок // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2009. Т. 7. № 10. С. 78-84.

10. Соболев С.С., Харин В.Н., Сотов Л.С.Модели устройств кросс-кластерных перестановок данных в ЭВМ // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2009. № 12. С. 51-55.

11. Воронков О.В., Мещанов В.П., Сотов Л.С., Хвалин А.Л. Генератор истинно случайных чисел на основе двумерного кусочно-линейного отображения с хаотической динамикой // 2014. Т. 12. № 12. С. 64-65.

12. Хвалин А.Л., Сотов Л.С., Россошанский А.В. Цифровой формирователь случайных сигналов на базе сдвиговых регистров //Радиотехника. 2014. № 10. С. 68-73.

13. Сотов Л.С., Харин В.Н. Использование генераторов динамического хаоса в системах информационной безопасности // Проблемы информационной безопасности. 2009. № 2. С. 32-37.

14. Сотов Л.С., Харин В.Н. Цифровой генератор подкачки энтропии на базе отображения Арнольда // Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. 2009. Т. 17. № 6. С. 57-66.

УДК 621.372.2

Лаврушев В.Н., Скачков В.А., Садыков А.Р., Шагвалиев Т.Р.

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева КНИТУ-КАИ, Казань, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЯРИЗАТОРА НА ЭЛЛИПТИЧЕСКОМ ВОЛНОВОДЕ

Рассмотрена задача реализации поляризатора вращающейся поляризации на эллиптическом волноводе. Приведены результаты моделирования с использованием программного обеспечение CST STUDIO SUITE. Приведены выводы по проделанной работе Ключевые слова:

ПОЛЯРИЗАТОР, КРУГОВАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ, ЭЛЛИПТИЧЕСКИЙ ВОЛНОВОД, ВОЛНОВОДЫ, УСТРОЙСТВА СВЧ, ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

Введение должны быть обеспечены условия существования

Поляризатор — это устройство для преобразо- двух электромагнитных волн одной частоты с вза-вания одного вида поляризации волны в другой. имно ортогональными линейными поляризациями в Для работы поляризатора вращающейся поляризации поперечной плоскости и пространственный сдвиг

2

0

фаз между ними. Поляризаторы имеют применения в обеспечении вращения плоскости поляризации электромагнитной волны в системах спутникового телевидения и связи.

Известны следующие виды поляризаторов:

- поляризатор с диэлектрическими пластинами;

- поляризатор на эллиптическом волноводе;

- поляризатор на квадратном волноводе;

Поляризатор с проводящими пластинами представляет собой волноводный поляризатор, состоящий из волновода, поляризатора, выполненного в виде металлической пластины, и резонансных штырей, предназначенных для корректировки фазоча-стотной характеристики поляризатора на краях рабочего диапазона частот. Недостатками этого устройства являются недостаточно высокая развязка по поляризации в рабочем диапазоне частот, трудность изготовления и невозможность изменения типа поляризации, так как штыри закреплены на стенке волновода. Поляризатор на квадратном волноводе преобразует волну с линейной поляризацией в волну с эллиптической или круговой поляризацией Недостатками этого поляризатора являются ограниченная рабочая полоса частот из-за зависимости дифференциального фазового сдвига от частоты, а также значительный продольный габарит.

В работе исследована возможность реализации поляризатора вращающейся поляризации на эллиптическом волноводе. Рассматриваемое устройство содержит последовательно соединенные отрезки прямоугольного, эллиптического и круглого волноводов. В предлагаемом техническом решении роль электрического диполя со структурой поля адекватной поверхностной волне выполняет эллиптический волновод с высокой концентрацией энергии СВЧ поля, структура которого близка к структуре основного типа поверхностных волн типа Ни. Отсутствие в этом случае условий возбуждения паразитной волны Е11 позволяет ликвидировать флуктуации электромагнитных потерь и КСВ поляризатора. СВЧ - поляризатор работает следующим образом. При возбуждении прямоугольного волновода с поперечным сечением (а X Ь), соответствующей основной волне типа Н10 в эллиптическом волноводе эффективно преобразуется в поверхностные волны Н11, которые распространяются вдоль волновода и поступают на выход СВЧ - поляризатора. На выходе

Рисунок 1 - 3D модель поляризатора на эллиптическом волноводе, созданная в ПО CST STUDIO SUITE Модель в поперечном сечении:

Рисунок 2 - Модель в поперечном сечении

плоскость поляризации суммарной волны Н11 в эллиптическом волноводе поворачивается на требуемый угол.

Амплитудно - частотная характеристика СВЧ -поляризатора практически не зависит от угла поворота плоскости поляризации выходного сигнала и не имеет резких флуктуаций электромагнитных потерь, угла поворота плоскости поляризации и КСВ.

Электродинамическое моделирование поляризатора на эллиптическом волноводе

Построение и исследование радиотехнических характеристик поляризатора на основе эллиптического волновода

Исследование поляризатора производилось в двух частотных диапазонах (50^55 ) ГГц и (62^ 70)ГГц.

Преобразователь поляризации конструктивно состоит из:

Прямоугольного волновода;

Перехода с прямоугольного волновода на круглый;

Круглого волновода;

Переход с круглого волновода на эллиптический;

Эллиптического волновода;

Размеры прямоугольного волновода рассчитывались для существования и распространении основной волны Н10 , исходя из условия:

-<а<Я и Ь<- (1)

2 2

Для волновода круглого сечения поперечные размеры определяются из необходимости использования волны типа Н11 по формуле:

— <R<— (2)

3,41 2,61

В этом случае радиус волновода нужно брать примерно равным одной трети средней рабочей длины волны. Приведенное отношение показывает на большую узкополостность круглых волноводов по сравнению с прямоугольными.

Длина секций переходов подбиралась опытным путём, из соображений получения лучшего значения коэффициента эллиптичности.

На рисунке 1 (Рис.1) представлена 3D модель поляризатора на эллиптическом волноводе, созданная в ПО CST STUDIO SUITE.

После проведения моделирования были получение и представлены графики 5-параметров (Рис.3 , Рис 4) и КСВ (Рис. 5, Рис. 6) для двух частотных диапазонов:

Рисунок 3 - графики S-параметров S-Parameter [Magnitude]

Sl(l),l(l) : 0.(И 7969785 814701 279659

S2(l),l(l) : 0.6е . S2(2),l(l) : 0.6е

-Sl(l),l(l)

-52(1),1(1)

-S2(2),l(l)

65

67

Freauencv I GHz

Рисунок 4 - графики S-параметров

1.075 1.07

1.06

1.05

1.04

1.03

1.02 1.015

Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)

1 : 1 . ■ ; 1 1

52 152.51 53 53.5

Frequency / GHz

Рисунок 5 - Графики КСВ Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)

1.06

VSWRl(l) : 1,1007737

■ VSWRl(l)

65 [66j

Frequency /

Рисунок 6

GHz

Графики КСВ

По полученным расчетам так же был вычислен диапазона (50 ... 55 ) ГГц. Соответствующие резуль-коэффициент эллиптичности для различных попереч- таты были занесены в таблицу: ных размеров полуосей эллиптического волновода, которые производились для первого частотного

Таблица 1

Коэффициент эллиптичности

Оси эллипса 50 51,25 52,5 53,75 54,9

3,5-3,3 0,45 0,456 0,462 0,468 0,456

3,55-3,25 0,75 0,74 0,7 0,7 0,7

3,58-3,23 0,947 0,904 0,84 0,774 0,77

3,6-3,21 0,884 0,92 0,981 0,912 0,9

3,62-3,19 0,74 0,76 0,85 0,93 0,956

3,65-3,16 0,54 0,577 0,662 0,726 0,75

По сводным результатам таблицы были построены графики зависимости коэффициента эллиптичности от изменений размеров осей в эллиптическом волноводе:

Замечается резкое ухудшения коэффициента эллиптичности на границах частотного диапазона.

Исследование показало, что поляризатор на эллиптическом волноводе имеет хорошие Б-параметры и КСВ.

Рисунок 7 - Графики зависимости коэффициента эллиптичности от изменений размеров осей в эллиптическом волноводе

Заключение.

По результатам проведения электродинамического моделирования можно сделать следующие выводы:

Рисунок 8 - Графики зависимости коэффициента эллиптичности от изменений размеров осей в эллиптическом волноводе

Поперечные размеры эллиптического волновода имеют большое влияние на коэффициент эллиптичности.

ЛИТЕРАТУРА

1. А.Ю. Кирсанов сборник статей «Малоизвестные развязывающие СВЧ приборы» 2014г.

2. http://window.edu.ru/catalog/pdf2txt/553/2 8553/117 6 6 [28.03.18]

3. https://elibrary■ru/item■asp?id=2 985237 6 [28.03.18]

УДК 538.971

Якушова1 Н.Д., Крупкин1 Е.И. ■, Пронин1 И.А., Сьыев? М.М., Мараева3 Е.В., Мошников3 В.А., Карманов1 А.А., Аверин1 И.А.

гФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия

2ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)», Санкт-Петербург, Россия

3ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)», Санкт-Петербург, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЦЕНТРОВ АДСОРБЦИИ ИНДИКАТОРНЫМ МЕТОДОМ НА ПРИМЕРЕ ОКСИДА ЦИНКА

Представлены результаты исследования химических свойств поверхности порошков оксида цинка посредством анализа распределения центров адсорбции (РЦА) индикаторным методом. Рассмотрен принцип исследования распределения центров адсорбции на основе изменения оптической плотности образцов порошков оксида цинка и раствором индикатора в воде. Разработаны методики подготовки образцов оксида цинка для исследования РЦА, выполнения измерений коэффициента пропускания с использованием спектрофотометра и обработки результатов эксперимента. Приведены результаты анализа поверхности оксида цинка: исследованы распределения центров адсорбции неразмолотого и механоактивированного оксида цинка с целью изучения химических свойств этих веществ для использования в качестве газочувствительных сенсоров. Установлена зависимость количества центров адсорбции с различными значениями кислотности от времени размола образцов оксида цинка. Ключевые слова:

АДСОРБЦИЯ, ОКСИД ЦИНКА, ОПТИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ, ИССЛЕДОВАНИЕ

В настоящее время одной из задач современной наноэлектроники является создание газочувствительных сенсоров нового поколения, которые должны точно определять состав окружающей их атмосферы. Большинство современных сенсоров могут чувствовать и распознавать лишь один вид газа. Поэтому область применения данных сенсоров является ограниченной. Например, сенсоры, определяющие концентрацию паров этилового спирта, используются, преимущественно, в алкотестерах. Современные тенденции датчикостроения направлены на создание мультисенсорных измерительных систем газового анализа, которые способны определять состав газовой системы. Поэтому разработка таких систем является перспективным направлением в наноэлектронике [1].

В последнее время разработаны различные способы создания газовых сенсоров на основе наноструктур полупроводниковых оксидов. Например, в статье [2] рассматриваются пути синтеза материалов для чувствительных элементов мультисенсор-ных систем золь-гель методом. Газочувствительные сенсоры нового поколения изготавливаются на основе оксидов металлов (например, оксида цинка ZnO, оксида железа (III) Fe2Ö3, оксида олова SnÜ2). Наноструктуры оксидов металлов обладают способностью адсорбировать различные газы из атмосферы в зависимости от их кислотно-основных

свойств. Именно поэтому для создания новых сенсоров очень важно изучить кислотно-основные свойства поверхности оксидов.

Очень перспективным материалом для создания газовых сенсоров является оксид цинка, так как он является многофункциональным прямозонным полупроводником с уникальными электрофизическими характеристиками. Именно поэтому находит широкое применение в различных устройствах нано - и микроэлектроники, в том числе и в адсорбционных сенсорах. Множество исследований посвящено изучению свойств оксида цинка. Так, в статье [3] приведены результаты исследований фотокатализаторов на основе оксида цинка с помощью ИК-спек-троскопии. Однако существует другой метод изучения свойств поверхности оксидов - изучение распределения центров адсорбции (РЦА) индикаторным методом [4]. Индикаторный метод является более простым в использовании и не менее точным, чем фотоэлектронная спектроскопия. Именно поэтому этот метод рассмотрен в данной статье.

Целью данного исследования является изучение методики выполнения исследования РЦА индикаторным методом.

Суть индикаторного метода исследования распределения центров адсорбции (РЦА) заключается в том, что различные кислотные и основные центры на поверхности твёрдого тела избирательно адсорбируют молекулы индикаторов. Согласно современ-