В реальном канале связи передача информации сопровождается шумами и помехами. Помехи возникают во всех элементах канала связи: как в среде через которую сигнал передаётся к приёмнику, так и в технических устройствах, выполняющих необходимые преобразования. В связи с этим возникает проблема помехоустойчивости: радиотелекоммуникационная система связи должна быть спроектирована так, чтобы она обладала способностью наилучшим образом противостоять мешающему действию помех. Для этого необходимо знать характеристики этих помех и проанализировать их влияние на информационный сигнал. Обычно влияние помех оценивается с использованием пороговых устройств, которые основаны на различных методах принятия решений (по различным критериям: например критерий Неймана - Пирсона), . Для того, чтобы получить аналитические выражения для оптимального алгоритма (правила) обработки смеси при принятии решений (гипотез) о действии сигнала или его отсутствии, нужно вероятностно описать протекание за длительное время смеси ПРИ на линии в ней сигнала и помехи или действии только одной помехи.

Принятие РЕШЕНИЯ О наличии сигнала сопровождается минимальным средним риском: Анализируя математические операции, предусмотренные выражением, можно синтезировать оптимальную схему обнаружителя дискретного радиосигнала. Задача данной работы заключается в разработке метода, позволяющего оценивать и контролировать сигнал и помеху на входе приемного устройства радиотелекоммуникационной системы в реальном времени по виду распределения плотности вероятности их выборочных значений, который можно легко реализовать на ПЭВМ с помощью программы. Вид распределения можно определить с помощью алгоритма, основанного на вычислении характеристик, характеризующих форму и энтропию плотности вероятности сигналов и помех. В приведены основные формулы, реализующие данный алгоритм: 1. Определяется значение контрэксцесса, для чего находится эксцесс 2. Определяется энтропийный коэффициент как числовая характеристика формы распределения по той же выборке, для чего сначала рассматривается массив исследуе мого процесса и рассматривается гистограмма, используется оценка среднеквадратиче ского значения и определяется энтропийный коэффициент по формуле : к*-—*10 - где d - ширина столбца гистограммы; п - объем выборки; а - среднеквадратическое отклонение; m - число столбцов гистограммы (т = 41п(и)); п; - число наблюдений в столбце. 3. Определяется параметр отношения . Используются вычисленные значения %, кэ, я: Z = K3/X+4s. 4. Отличие исследуемого распределения от теоретического для данного закона рас пределения и заданного объёма выборки характеризуется величиной абсолютного значе ния отклонения отношений j dj (z) j где Z3T - параметр отношения для теоретического закона распределения; Z - параметр исследуемого распределения. Получив информацию о виде распределения плотностей вероятности на входе приемника, можно применить соответствующий оптимальный алгоритм обработки.

ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ СПЕКТРОВ МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ГЕКСАФЕРРИТОВ В МИКРОВОЛНОВОМ ДИАПАЗОНЕ РЕЗОНАТОРНЫМ МЕТОДОМ

В настоящее время возникла острая необходимость в магнитных материалах, способных работать в микроволновой области электромагнитного излучения. Это связано с потребностями интенсивно развивающихся отраслей производства современных средств связи (мобильные телефоны), цифровой видео- и фотоаппаратуры и других устройств, где применяется высокочастотная электроника. Использование высокочастотных магнитных материалов позволяет снизить размеры, уменьшить вес радиоустройств и энергопотребление. Они необходимы в качестве магнитных сердечников, а также для обеспечения электромагнитной совместимости отдельных узлов радиоаппаратуры . Если для сердечников требуются высокие значения действительной составляющей магнитной проницаемости, то для совместимости требуются поглотители электромагнитной энергии, что достигается большими величинами мнимой составляющей. Этим противоре чивым требованиям удовлетворяют ферриты с гексагональной структурой (гексаферри-ты). Гексаферриты отличаются более высокими значениями дисперсионных частот, которые определяются величинами полей магнитной кристаллографической анизотропии, во много раз превосходящими широко используемые в низкочастотной области ферриты со структурой шпинели и граната.

Положением области дисперсии, определяемой естественным ферромагнитным резонансом (ЕФМР), то есть совпадением частоты электромагнитного излучения с частотой прецессии магнитного момента в поле анизотропии можно управлять, изменяя химический состав. В частности, в гексаферритах системы CO2-xZnxW замена магнитных ионов кобальта немагнитными ионами цинка приводит к росту намагниченности насыщения и позволяет управлять константами магнитной кристаллографической анизотропии, то есть смещать область больших потерь по шкале частот в широких пределах . Известно также, что константы анизотропии температурнозависимы. ? Результаты измерений комплексных значений магнитной проницаемости гексафер-рита CoZnW в зависимости от температуры приведены на 3. Мы ограничились низкочастотным участком СВЧ-диапазона, который в настоящее время наиболее интенсивно осваивается. Для проведения измерений электромагнитных характеристик этот участок является неудобным, поскольку недостаточно надежных методов, поскольку именно здесь находится стык методов с распределенными и сосредоточенными параметрами. Для преодоления указанной проблемы нами в качестве измерительной ячейки использовался нерегулярный микрополосковый резонатор, в воздушную полость которого помещался образец из гексаферрита, заполняющий весь объем полости. Измерения проводились на четных модах колебания, когда в воздушной полости располагалась пучность магнитного поля и узел электрического. Для более точного определения тенденции изменения магнитных свойств мы несколько расширили диапазон температур за пределы климатического диапазона. Достоверность измерений контролировалась сравнением результатов, полученных волноводным методом (график «Ref» на 3) при комнатной температуре. Представляет интерес исследование поведения спектров магнитной проницаемости гексаферритов в климатическом диапазоне температур, поскольку данные об этом позволяют прогнозировать пределы устойчивой работы радиоэлектронных средств при изменении внешних условий. Изучение температурной зависимости комплексной магнитной проницаемости p*=p— in" производилось на автоматизированном комплексе, перекрывающем диапазон частот от 200 МГц до 12 ГГц. Скорость и качество обработки результатов достигается применением персонального компьютера (ПК). Микроволновой тракт составлен из набора стандартных измерителей коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВн) в волноводном и коаксиальном исполнении. Температура устанавливалась испарением жидкого азота и регулировалась нагревательными элементами. Измерение температуры осуществлялась терморезистором посредством измерения его сопротивления измерительным мостом Е7-8. Широкополосность измерений достигается применением набора объемных прямоугольных и нерегулярных микрополосковых резонаторов, работающих в многомодовом режиме, то есть применяется метод вариации частоты. Сочетание этих двух способов увеличения плотности частотной сетки (набор резонаторов и многомодовость) позволяет проводить измерения в 130 дискретных частотных точках. Проведенное исследование показало, что в гексаферрите CoZnW в выбранной области температур отмечаются значительные изменения как действительной, так и мнимой составляющих магнитной проницаемости. Следующий этап работы - исследование нанораз-мерньгх порошков данного материала, полученных методом механической активации . ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ РЕЛАКСАЦИИ ПО СВЧ-СПЕКТРАМ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ: ТРЕБОВАНИЯ К ЭКСПЕРИМЕНТУ Определение времени релаксации по спектрам диэлектрической проницаемости на СВЧ представляет собой трудоемкую задачу, решение которой зависит от нескольких факторов: это и выбор модели диэлектрической релаксации, и частотный диапазон, где проводятся измерения и их погрешность. Поэтому была предпринята попытка спрогнозировать погрешность вычисления времени релаксации данным методом в зависимости от перечисленных факторов, чтобы можно было заранее спланировать эксперимент и оценить его потенциальную точность. Для этого было проведено моделирование экспериментальных данных и их последующая обработка На основании литературных источников были выбраны значения времени релаксации т, статической е0 и оптической 8Ш проницаемостей для какой-либо жидкости и при какой-либо температуре. Например: для дистиллированной воды при Т = 293 К т = 9.5 пс, е0 = 80.4, 8ОО= 5.2 ; для метилового спирта при Т = 273 К т = 116.5 пс, s0 = 37.8, ОО= 6.0 . Метиловый спирт был выбран потому, что его область диэлектрической релаксации лежит как раз в рабочем диапазоне нашей измерительной установки. Это позволит в дальнейшем проверить полученные в ходе моделирования данные. Затем вычислялись значения диэлектрической проницаемости е и е" в нескольких частотных точках fk, k= 1 - Nf из заданного диапазона частот (300 - 3000 МГц). Для Каждое значение eD (е или е") и заданная погрешность измерений Де (%) являлись исходными данными для построения выборки случайных значений г,, i = 1 п, распределенных по нормальному закону с математическим ожиданием, равным eD, и среднеквадратичным отклонением о = е0-Де /100. Было принято, что погрешность измерения является чисто случайной, а систематические ошибки не учитывались в данном моделировании. Генерация выборки проводилась следующим образом. С помощью стандартного датчика случайных чисел с равномерным распределением получали несколько (например, 12) значений в пределах eD ± Зо на основании правила «трех о». Среднее этих 12-ти считали распределенным по нормальному закону согласно центральной предельной теореме. Так составлялась выборка объемом 25 значений. Вычисляли оценки математического ожидания и дисперсии: и среднеквадратичное отклонение а* =ыВ . Оценивалась согласованность теоретического (нормального) и полученного статистического распределения по критерию х2 Пирсона. Если значение соответствовало вероятности согласия не ниже 0.7, полученную выборку считали набором измерений диэлектрической проницаемости на данной частоте со средним значением е m и среднеквадратичным отклонением а*. В противном случае выборку составляли заново. Вычисляли доверительный интервал а, соответствующий вероятности 0.95 для числа измерений п = 25. С помощью стандартного датчика случайных чисел с равномерным распределением выбирали значение в пределах г ± а, которое считали измеренным на данной частоте с погрешностью о . Пройдя все частотные точки, получали спектр диэлектрической проницаемости для выбранного вещества при данной температуре. Из него методом построения диаграммы Коула-Коула вычисляли значение времени релаксации х . Повторяли весь процесс несколько (20) раз и находили среднее т т. Для него вычисляли статистическую оценку дисперсии DT и среднеквадратическое отклонение ат. Погрешность времени релаксации Дт вычисляли в процентах к среднему х ш. На основании описанной методики были рассчитаны зависимости погрешности времени релаксации Дх от: - погрешности измерения диэлектрической проницаемости о ; - числа частотных точек Nf и - положения области диэлектрической релаксации в данном диапазоне частот. Все они были аппроксимированы методом наименьших квадратов. Наиболее подходящим оказался линейный вид зависимости. Результаты вычислений приведены на 2 и 3. На 1 показано расположение точек измерения диэлектрической проницаемости на линии спектра, рассчитанного по формулам . Из приведенных зависимостей кроме подтверждения очевидного факта -снижения погрешности при увеличении числа частотных точек и уменьшения ошибки измерения проницаемости - следует еще несколько практических выводов. А именно: - увеличение числа частотных точек в два и более раз приводит к незначительному снижению погрешности в определении времени релаксации - на 1-2 %; - при большой погрешности измерения проницаемости можно повысить точность определения т, выбирая частоту измерения в области диэлектрической релаксации, и в меньшей мере - увеличив число частотных точек. На 2 слева приведены зависимости для разных видов спектра. Наиболее выиг-рьшшым для измерения оказался спектр 1а с основным набором точек на низких частотах слева от области релаксации и одной точкой с другой стороны, на высоких частотах. В качестве такой точки может служить оптическая проницаемость ?т, взятая из литературных данных. Также надежные результаты в определении времени релаксации можно ожидать, проводя измерения в точках, расположенных в области релаксации (спектр III). Самым неудачным будет выбор точек с одной стороны от области релаксации (спектры I и IV). 2. Зависимость погрешности времени релаксации от погрешности измерения диэлектрической проницаемости при разном числе частотных точек Те же выводы следуют из графиков, приведенных на 3. Здесь наглядно показана слабая обратная зависимость погрешности т от числа частотных точек и значительная - от ошибки измерения и выбора диапазона. Проведенное моделирование позволяет более эффективно планировать эксперименты по измерению диэлектрической проницаемости. Учитывая, что такие измерения трудоемки, данная работа имеет важное практическое значение.

СИММЕТРИЧНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ В ЗАПРЕДЕЛЬНЫХ КРУГЛЫХ ВОЛНОВОДАХ

В настоящее время большое количество публикаций посвящено моделям технических средств контроля диэлектрических свойств текучих или твердых материалов с использованием волноводных СВЧ методов. Результаты этих исследований показывают, что круглые волноводы с радиально ступенчатыми на поперечном сечении неоднородностями и измерительные ячейки на их основе являются удачным дополнением к известным средствам контроля диэлектрической проницаемости материалов и сред на СВЧ . В работе показано, что на основе закрытого волновода также возможно создание преобразователей для контроля магнитной проницаемости материалов и сред. Базовой электродинамической моделью измерительных ячеек для исследования электрофизических свойств различных материалов волноводным методом в широком диапазоне частот является круглый осесимметричньгй волновод.

Поперечное сечение волновода представляет собой набор примьшающих друг к другу коаксиальных цилиндрических слоев. Наиболее удаленный от центра цилиндр имеет номер N и окружен металлическим экраном радиуса Ra. Количество цилиндров и соотношение их параметров определяют постоянную распространения к0Т = к0Г + Д0Г"на заданной частоте со — к0 ? с электродинамического процесса. Общее решение этих уравнений представляет собой линейную комбинацию функций Бесселя Jn (?) и Неймана Nn (?). Радиальные и азимутальные составляющие электрического и магнитного полей выражаются через соответствующие им продольные компоненты. С учетом непрерывности касательных составляющих полей на границе раздела сред и условий в центре волновода и на внешней границе формируется дисперсионное уравнение. При таком подходе дисперсионное уравнение формируется в неявном виде и допускает лишь численный анализ. Методика локализации решений и идентификации мод основывается на принципе аргумента для комплексных функций. Такой подход в сочетании с экстраполяционным прогнозированием позволяет осуществлять селекцию любого типа собственных мод и определять картину распределения составляющих электромагнитного поля в волноводе. Зависимости мнимой части постоянной распространения волны Е<д двухслойного волновода, рассмотренные в работах, выявляют принципиальную особенность рассматриваемых структур по отношению к однородным волноводам .

Видно, что затухание в волноводе при наличии скачка а на границе слоев становится существенно зависящим от отношения ех1е2. При этом существует оптимальное значение отношения радиусов слоев г, I Ra » 0,6, при котором величина коэффициента затухания волны принимает максимальное или минимальное значение. На 3 приведены зависимости постоянной распространения волны Eoi двухслойного волновода от диэлектрических проницаемостей sx и s2 слоев при г, / Ra= 5/9. Сплошные линии соответствуют мнимой части к0Г, пунктирные - действительной. Линия 1 соответствует структуре с изменяющейся проницаемостью ег второго слоя при фиксированном значении ех = 1. Линия 2 описывает kQF однородного волновода, а линия 3 дает представление о затухании при изменении проницаемости е1 внутреннего слоя при ?2=. Причиной различных зависимостей ?0Г"(?-,) от диэлектрической проницаемости вает до нуля в точке отсечки. Кривая 2 на 5 представляет собой зависимость поведения постоянной распространения в однородном волноводе. Установленные особенности затухания волны Hoi могут быть использованы при разработке устройств измерения магнитной проницаемости материалов и сред.