РАДІОЕЛЕКТРОНІКА В ХХІ СТОЛІТТІ · УДК 621 Наукове видання Матеріали ІІ Всеукраїнської науково-технічної

Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Радіотехнічний факультет

РАДІОЕЛЕКТРОНІКА В ХХІ СТОЛІТТІ

Матеріали ІІ Всеукраїнської науково-технічної конференції студентів

та аспірантів «Радіоелектроніка в ХХІ столітті»

14 – 16 травня 2019

Київ, Україна

Київ — 2019

УДК 621 Наукове видання

Матеріали ІІ Всеукраїнської науково-технічної конференції студентів та аспірантів

«Радіоелектроніка в ХХІ столітті», Київ, 14 – 16 травня 2019 р.: матеріали конференції —

Київ, 2019. — 96 с.

Матеріали ІІ Всеукраїнської науково-технічної конференції студентів та аспірантів

«Радіоелектроніка в ХХІ столітті» містять результати наукових досліджень студентської

молоді в галузі проблем створення теоретичних засад сучасної радіотехніки та

радіоапаратобудування; практичної реалізації досягнень науки та технології;

інтелектуалізації процесів проектування та виробництва.

Програмний комітет конференції

Адаменко В. О., ст. викл.

Антипенко Р. В., к.т.н., доц.

Антонець О. М., ст. викл.

Булашенко А. В., ст. викл.

Видалко О. Є., асист.

Григораш С. О., асист.

Нікітчук А. В., асист.

Новосад А. А., ст. викл.

Піддубний В. О., доц., к.т.н.

Тарабаров С. Б., доц., к.т.н.

Турєєва О. В., ст. викл.

Шпилька О. О., доц., к.т.н.

Організаційний комітет конференції

Головня В. М., ст. викл.

Адреса оргкомітету: Національний технічний університет України «Київський політехнічний

інститут імені Ігоря Сікорського», 2100, радіотехнічний факультет, корп. 17, кім. 310, пр-т Перемоги,

37, м. Київ, 03056, Україна. Тел. (+38097) 291-26-15.

Рекомендовано до друку рішенням програмного комітету конференції та вченої ради

радіотехнічного факультету КПІ ім. Ігоря Сікорського (протокол № 04/2019 від 26.04.2019 р.)

ІІ ВНТК Радіоелектроніка у ХХІ столітті

3

ЗМІСТ

Адаменко Є. О. (Науковий керівник — к.т.н., асист. Пільтяй С. І.)

пОЛЯРИЗАТОР ІЗ ПОЗДОВЖНЬОЮ ПЕРЕГОРОДКОЮ 7

Ананьєв О. О. (Науковий керівник — ст.викл. Вишневий С. В.) СИСТЕМА КОНТРОЛЮ ТА УПРАВЛІННЯ ДОСТУПОМ НА ОСНОВІ

РАДІОТЕХНІЧНИХ IOT-РІШЕНЬ 9

Андрієнко В. І. (Науковий керівник — к.т.н., доц. Піддубний В. О.) ПРИСТРІЙ ІОНІЗАЦІЇ ПОВІТРЯ ДЛЯ ПОБУТОВОГО ВИКОРИСТАННЯ 11

Барабаш Д.П.

СИСТЕМА ПОПЕРЕДНЬОГО ПІДІГРІВУ ГАЗОБАЛОННОГО ОБЛАДНАННЯ

АВТОМОБІЛЯ 13

Бердник Ю.В. (Науковий керівник — к.т.н., доц. Шпилька О. О.)

МОЖЛИВОСТІ NB-IOT ДЛЯ ЗАХИЩЕНОГО ЗВ’ЯЗКУ 16

Бобко А.С. (Науковий керівник — ст.викл. Вишневий С.В.)

ПРИДУШЕННЯ СПЕКЛ-ШУМУ НА РАДІОЛОКАЦІНИХ ЗОБРАЖЕННЯХ 18

Бодюк О.А. (Науковий керівник — к.т.н., доц. Піддубний В. О.)

ВІРТУАЛЬНА ЛАБОРАТОРНА РОБОТА З ДОСЛІДЖЕННЯ ПІДСИЛЮВАЧА

НА ПОЛЬОВОМУ ТРАНЗИСТОРІ 20

Бондарець С. В. (Науковий керівник — к.т.н., доц. Головін В. А.)

ЦИФРОВА ОБРОБКА СИГНАЛІВ РАДІОМЕТРА 22

Вус О. С. (Науковий керівник — к.т.н., асист. Пільтяй С. І.)

ВЕНТИЛЬ НА ОСНОВІ Y–ЦИРКУЛЯТОРА 24

Гарбовський В. П.. (Науковий керівник — к.т.н., доц. Головін В. А.)

МОДЕЛЬ РАДІОМЕТРА 26

Давидюк О. В. (Науковий керівник — к.т.н., ст. викл. Шульга А. В.)

БЕЗПРОВІДНИЙ ВЕЛОСИПЕДНИЙ КОМП’ЮТЕР 29

Демченко І. В. (Науковий керівник — ст. викл. Булашенко А. В.)

ОБМЕЖЕНИЙ ЗВОРОТНИЙ ЗВ’ЯЗОК У СИСТЕМАХ MIMO 31

Демченко І. В. (Науковий керівник — ст. викл. Булашенко А. В.)

ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ ТЕХНОЛОГІЙ 5G 33

Демченко С. О. (Науковий керівник — ст. викл. Антонець О. М.)

ПРОСТА СХЕМА КЕРУВАННЯ МОСТОВИМ ІНВЕРТОРОМ 35

Захарченко М. М. (Науковий керівник — к.т.н., доц. Піддубний В. О.)

РЕГУЛЬОВАНИЙ ЛАБОРАТОРНИЙ БЛОК ЖИВЛЕННЯ

ДЛЯ РАДІОАМАТОРСТВА 37

Іванечко Д. М. (Науковий керівник — ст. викл. Турєєва О. В.)

ШИРОКОСМУГОВИЙ ГІБРИДНО-ІНТЕГРАЛЬНИЙ СПРЯМОВАНИЙ

ВІДГАЛУЖУВАЧ МІЛІМЕТРОВОГО ДІАПАЗОНУ З КВАДРАТУРНИМ

ФАЗОВИМ ЗСУВОМ 39

Коваленко І. С. (Науковий керівник — к.т.н., асист. Пільтяй С. І.)

ДІЕЛЕКТРИЧНА СТЕРЖНЕВА АНТЕНА 41

Козак О. К. (Науковий керівник — д. ф-м. н., проф., Прокопенко О. В.)

ВПЛИВ МАГНІТНОГО ПОЛЯ НА МІКРОХВИЛЬОВІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

СПІНТРОННИХ МАГНІТНИХ НАНОДЕТЕКТОРІВ 43

Козачук М. А. (Науковий керівник — д. ф-м. н., проф., Найденко В. І.)

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ТРАНСМІТЕРА НА ОСНОВІ STEP

RECOVERY DIODE ДЛЯ ПОРТАТИВНОГО МІКРОХВИЛЬОВОГО РАДАРУ 45

І ВНТК Радіоелектроніка у ХХІ столітті

4

Кондратенко С. Ю. (Науковий керівник — к.т.н., доц. Тарабаров С. Б.)

МОДИФІКОВАНИЙ МЕТОД НАЙШВИДШОГО ГРАДІЄНТНОГО СПУСКУ 47

Кошелюк П. В., Байсара А. А. (Науковий керівник — доц. Кулик С. П.) СКАНУЮЧА ТУНЕЛЬНА МІКРОСКОПІЯ НАНОКЛАСТЕРІВ СРІБЛА І МІДІ 49

Кривобок Ю. В. (Науковий керівник — к.т.н., доц. Могильний С. Б.)

РОБОТА ДО ЗАВАДИ 51

Круглик О.С., Семенов В. Ю.

(Науковий керівник — д. ф-м. н., проф., Калюжний О. Я.)

ЕФЕКТИВНА ДЕМОДУЛЯЦІЯ ТА ІДЕНТИФІКАЦІЯ СИГНАЛІВ ІЗ

ФАЗОВОЮ МАНІПУЛЯЦІЄЮ В ЗАВДАННЯХ РАДІОМОНІТОРИНГУ 53

Лакійчук А. П. (Науковий керівник — д.т.н., проф. Жук С. Я.)

ЗАСТОСУВАННЯ КАЛМАНІВСЬКОЇ ФІЛЬТРАЦІЇ ПРИ ЗАВ'ЯЗЦІ

ТРАЄКТОРІЇ ЦІЛІ ЗА ДАНИМИ ІМПУЛЬСНО-ДОПЛЕРІВСЬКОЇ РЛС 55

Лозенко О. В., Островська Д. В.

(Науковий керівник — к.т.н., доц. Бичковський В. О.)

ЕНТРОПІЙНИЙ АНАЛІЗ ПОШУКУ НЕРУХОМИХ ОБ’ЄКТІВ 57

Маленчик Т. В. (Науковий керівник — асист. Мирончук О. Ю.)

МАКЕТ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ СІХ ФІЛЬТРУ 59

Матяш Є. B., Романенко Т. В.

(Науковий керівник — ст. викл. Омеляненко М. Ю.)

НОВІ ХВИЛЕВІДНО-ПЛАНАРНІ СМУГОВІ ФІЛЬТРИ ІЗ ЗНАЧНИМ

РОЗШИРЕННЯМ СМУГИ ЗАГОРОДЖЕННЯ 61

Мельник Т. Й. (Науковий керівник — PhD., асист. Сушко О. Ю.)

РЕЗОНАНСНА РЕШІТКА НА ОСНОВІ СМУЖКОВИХ АНТЕН ДЛЯ

ДІАПАЗОНУ ЧАСТОТ 36 ГГЦ 64

Оркуша Л. Д. (Науковий керівник — к.т.н., доц. Могильний С. Б.)

ВИКОРИСТАННЯ МАШИННОГО НАВЧАННЯ ДЛЯ МОНІТОРИНГУ

СЕРЦЕВО-СУДИННОЇ СИСТЕМИ ЛЮДИНИ 66

Павленко Є. В. (Науковий керівник — к.т.н., доц. Дюжаєв Л. П.)

ОСОБЛИВОСТІ SIP ПРОТОКОЛУ У КОНТЕКСТІ БЕЗПЕКИ ПЕРЕДАВАННЯ

ІНФОРМАЦІЇ 68

Петровський А. А. (Науковий керівник — к.т.н., доц. Могильний С. Б.)

СИСТЕМА ВІДДАЛЕНОГО КЕРУВАННЯ КЛІМАТИЧНИМИ

ПАРАМЕТРАМИ В ПРИМІЩЕННІ 70

Почерпайло М. В. (Науковий керівник — к.т.н., доц. Чмельов В. О.)

ВДОСКОНАЛЕННЯ РАДІОЛОКАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ ПОШУКУ ЛЮДЕЙ ПІД

ЗАВАЛАМИ 72

Почерпайло М. В. (Науковий керівник — к.т.н., доц. Чмельов В. О.)

СИСТЕМА ГЕОРАДАРІВ ПІДПОВЕРХНЕВОЇ РАДІОЛОКАЦІЇ ДЛЯ

ЗБІЛЬШЕННЯ ТОЧНОСТІ ДОСЛІДЖЕННЯ 74

Притолюк П. Г. (Науковий керівник — к.т.н., Товкач І. О.)

АНАЛІЗ ВПЛИВУ КІЛЬКОСТІ ДАТЧИКІВ НА ТОЧНІСТЬ ВИЗНАЧЕННЯ

МІСЦЕПОЛОЖЕННЯ RFID-МІТОК 76

Путієнко О. М. (Науковий керівник — к.т.н., доц. Чмельов В. О.)

СИСТЕМА АДАПТАЦІЇ ПРИЙМАЧА ГЛОБАЛЬНОЇ СИСТЕМИ

СПУТНИКОВОЇ НАВІГАЦІЇ ДО РОБОТИ В УМОВАХ ДІЇ АКТИВНИХ

ПЕРЕШКОД 78

Роман Л. О. (Науковий керівник — к.т.н., доц. Мартинюк С. Є.)

ПРИЙМАЛЬНО-ПЕРЕДАВАЛЬНИЙ МОДУЛЬ Х-ДІАПАЗОНУ 80


5

Сапов О. Є. (Науковий керівник — к.т.н., доц. Піддубний В. О.)

ІНЖЕНЕРНО-ТЕХНІЧНИЙ ЗАХИСТ ОБ’ЄКТІВ ВІД ВИТОКУ

КОНФІДЕНЦІЙНОЇ ІНФОРМАЦІЇ ЗА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИМ КАНАЛОМ 82

Соколов К. А. (Науковий керівник — д.т.н., проф. Дружинін В. А.) ВИЗНАЧЕННЯ КУТОВОЇ ПОПРАВКИ ПРИ ЗНАХОДЖЕННІ МІСЦЯ

РОЗТАШУВАННЯ НЕСАНКЦІОНОВАНОГО ДЖЕРЕЛА

РАДІОВИПРОМІНЮВАННЯ В УМОВАХ БАГАТОПОЗИЦІЙНОГО

ПРИЙОМУ ІНФОРМАЦІЇ 84

Терещенко О. В. (Науковий керівник — к.т.н., доц. Шпилька О. О.)

CDMA В СИСТЕМАХ ЗВ’ЯЗКУ. ПЕРСПЕКТИВИ ТА РОЗВИТОК 86

Фесюк А. А. (Науковий керівник — к.т.н., доц. Перегудов С. М.)

СИНХРОННИЙ ДЕТЕКТОР З РЕГУЛЮВАННЯМ ФАЗИ ОПОРНОГО

СИГНАЛУ 88

Шабалов І. Г. (Науковий керівник — к.т.н., доц. Тарабаров С. Б.)

ВИКОРИСТАННЯ ІНТЕРФЕЙСУ SPI НА КОМП’ЮТЕРАХ ПІД

УПРАВЛІННЯМ ОС LINUX 90

Шинкар Є. О. (Науковий керівник — д.ф-м.н., проф. Прокопенко О. В.)

ГІСТЕРЕЗИСНИЙ РЕЖИМ РОБОТИ СПІНТРОННОГО НАНООСЦИЛЯТОРА З

ДВОМА ВІЛЬНИМИ МАГНІТНИМИ ШАРАМИ 92

Шмиговський П. Л. (Науковий керівник — к.т.н., доц. Чмельов В. О.)

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РАДІОЛОКАЦІЙНИХ СИСТЕМ ОХОРОНИ

ПЕРИМЕТРУ 94

І ВНТК Радіоелектроніка у ХХІ столітті

6


7

ПОЛЯРИЗАТОР ІЗ ПОЗДОВЖНЬОЮ ПЕРЕГОРОДКОЮ

Адаменко Є. О.

(Науковий керівник Пільтяй С. І., к.т.н., асистент)


«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»,


Поляризаційне оброблення сигналів широко використовується у системах

супутникового зв’язку, радіоастрономії, радіолокації, системах

радіоелектронної протидії та іншого призначення. Поляризатор є ключовим

елементом антенних систем із поляризаційним обробленням. Це пристрій, який

дозволяє перетворювати вхідні електромагнітні хвилі із лінійною поляризацією

у хвилі з коловою поляризацією і навпаки.

У даній роботі розглянуто поляризатор із поздовжньою перегородкою:

його конструкцію, робочий діапазон частот та характеристики. Є багато

конфігурацій таких поляризаторів, які мають свої конструктивні особливості,

різні розміри та різняться за робочими характеристиками. Розглянемо

поляризатор із поздовжньою перегородкою та інтегрованим переходом до

круглого хвилеводу (рис. 1).

Рис. 1. Поляризатор із поздовжньою перегородкою та вбудованим плавним переходом до

круглого хвилеводу

Компактний перегородковий поляризатор з інтегрованим переходом від

квадратного до круглого хвилеводу має два порти у вигляді прямокутних

хвилеводів із сигналами з лінійними поляризаціями і один порт до круглого

хвилеводу. Перегородка розділяє квадратний хвилевід на два прямокутних

хвилеводи. Два прямокутні хвилеводні порти використовуються для передачі

або прийому лінійно поляризованих хвиль, причому один порт приймає

вхідний сигнал від круглого хвилеводу з правою коловою поляризацією, а

інший — із лівою коловою поляризацією.

Приклад виміряних і розрахованих у програмному забезпеченні CST

Microwave Studio S-параметрів і коефіцієнта еліптичності показано на рисунках

нижче. Робоча смуга частот представленого поляризатора становить від 18,5 до

21,5 ГГц, коефіцієнт еліптичності менше 0,6 дБ, втрати нижчі 0,25 дБ,


8

коефіцієнт відбиття нижчий − 25 дБ.

Виміряні та розраховані в CST Microwave Studio коефіцієнти передачі та

відбиття показано на рис.2. Спостерігається гарне узгодження між виміряними і

змодельованими характеристиками поляризатора.

Рис. 2. Виміряні (суцільні лінії) і розраховані в CST Microwave Studio (пунктирні лінії)

параметри передачі і відбиття для обох поляризацій

Розрахований і виміряний коефіцієнт еліптичності представлено на рис. 3.

Рис. 3. Виміряний і розрахований коефіцієнт еліптичності

Як бачимо, спостерігається гарне узгодження результатів розрахунків і

вимірювань.

Література

1. G. Bertin, B. Piovano, L. Accatino and M. Mongiardo, ―Full-wave design and optimization

of circular waveguide polarizers with elliptical irises,‖ IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.

50, no. 4, pp. 1077–1083, April 2002.

2. S-W. Wang, C-H. Chien, C-L. Wang and R-B. Wu, ―A circular polarizer designed with a

dielectric septum loading,‖ IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 52, no. 7, pp. 1719 – 1723,

July 2004.

3. M. H. Chen and G. N. Tsandoulan, ―A wide-band square-waveguide array polarizer,‖ IEEE

Trans. Antennas Propagat., vol. 21, no. 3, pp. 389 – 391, May 1973.


9

СИСТЕМА КОНТРОЛЮ ТА УПРАВЛІННЯ ДОСТУПОМ НА ОСНОВІ

РАДІОТЕХНІЧНИХ IOT-РІШЕНЬ

Ананьєв О. О.

(Науковий керівник Вишневий С. В., ст. викл.)




В наш час відбувається бурхливий розвиток інформаційних технологій.

Сучасні мобільні пристрої стають все більше багатофункціональними. Стрімко

зростає швидкодія та обсяги даних з якими вони можуть працювати,

знижується їх собівартість. Все більше пристроїв стають автоматизованими.

Виключається необхідність втручання людини у роботу таких пристроїв та

систем, що створює більш комфортні умови життєдіяльності.

Одним з шляхів автоматизації пристроїв є використання концепції

Інтернету Речей. Можливість взаємодії фізичних об’єктів або пристроїв, які

мають програмне забезпечення, що дозволяє їм здійснювати передачу та обмін

даними між фізичним світом та комп’ютерними системами, за допомогою

використання стандартних протоколів зв’язку, дозволяє створити різноманітні

автоматизовані системи.

У роботі була вирішена актуальна наукова задача розробки системи

контролю та управління доступом на основі концепції Інтернету Речей, що

дозволяє підвищити ефективність роботи таких систем. Була досягнута основна

мета даної роботи, яка полягає у впровадженні радіотехнічних IoT-рішень для

систем контролю та управління доступом.

В процесі огляду існуючих аналогів СКУД було розглянуто принципи

роботи таких систем, компоненти та різновиди способів ідентифікації. Також

була розглянута концепція Інтернету Речей можливості, які надає використання

цієї концепції та проблеми навколо її розвитку.

Оскільки подібні системи часто використовуються для доступу на

територію об’єктів, які не потребують занадто високого рівня захисту,

найпоширенішим способом ідентифікації в існуючих системах є ідентифікація

за допомогою карток з записаним в них унікальним кодом. Такі картки,

зазвичай, легко підробити, що збільшує можливість несанкціонованого доступу

на територію об’єкту, що охороняється.

На об’єктах з необхідністю більш надійної ідентифікації користувачів

варто використовувати біометричні параметри для ідентифікації та доступу на

територію. Біометричні системи більш складні та дорожчі, але ймовірність

несанкціонованого доступу на об’єкт значно зменшується, оскільки підробити

біометричні показники на багато складніше, а, іноді, взагалі не можливо. До

недоліку біометричного способу ідентифікації можна віднести збільшення часу

на ідентифікацію одного користувача.


10

Основним компонентом створення прототипу СКУД є радіочастотний

зчитувач RFID RC522, його взаємодія з Raspberry Pi реалізовується на основі

використання інтерфейсу SPI. При налаштуванні роботи зчитувача необхідно

використовувати спеціальну бібліотеку. При роботі зі зчитувачем не виникало

особливих складнощів.

Рис. 1. Прототип системи контролю та управління доступом

Для прототипу системи контролю та управління доступом (рис 1.).

використовувалась база даних, яка розташована локально, але при наявності

підключення контролеру, в даному випадку мікрокомп’ютера, до мережі

Інтернет, можна реалізувати підключення до бази даних, яка зберігається на

сервері. В ході роботи було створено прототип системи контролю та

управляння доступом на основі концепції Інтернету Речей.


1. Система контроля и управления доступом. Принцип действия [Електронний ресурс].

– Режим доступу: http://www.intersyst.ru/solutions/165/460/

2. Системы Контроля и Управления Доступом (СКУД) – описание [Електронний

ресурс]. – Режим доступу: https://pro-sec.ru/systems_access.html

3. Системы контроля доступом (СКУД) [Електронний ресурс]. – Режим доступу:

http://www.maincaliber.ru/sistemyi-kontrolya-dostupa/sistemyi-kontrolya-dostupa-skud/

4. What is Internet of Things (IoT)? [Електронний ресурс]. – Режим доступу:

https://www.lifewire.com/introduction-to-the-internet-of-things-817766

5. Internet of Things (IoT) – что это такое? Концепция и что нас ждет в будущем

[Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://yainvestor.guru/teoriya-finansov/interesnoe/iot

http://www.intersyst.ru/solutions/165/460/

https://pro-sec.ru/systems_access.html

http://www.maincaliber.ru/sistemyi-kontrolya-dostupa/sistemyi-kontrolya-dostupa-skud/

https://www.lifewire.com/introduction-to-the-internet-of-things-817766


11

ПРИСТРІЙ ІОНІЗАЦІЇ ПОВІТРЯ

ДЛЯ ПОБУТОВОГО ВИКОРИСТАННЯ

Андрієнко В. І.

(Науковий керівник Піддубний В. О., к.т.н., доцент)




Іонізатори (озонатори) повітря достатньо широко використовуються в

народному господарстві [1,2]. Це можуть бути озонатори повітря для іонізації

паливної суміші двигунів внутрішнього згоряння(ДВЗ), іонізації повітря в

складах та в приміщеннях для зберігання овочів та фруктів, іонізації повітря в

побутових та медичних приміщеннях, іонізатори для консервації продуктів, що

швидко псуються, систем дезінфекції та дезодорування озоном систем збирання

сміття то що. Слід сказати, що всі іонізатори будуються за однією структурною

схемою, яка в своєму складі має задаючий генератор, який формує сигнали

заданної частоти (за звичай це частота від одиниць до сотень кілогерц),

підсилювач потужності, високовольтний трансформатор та високовольтний

випрямляч, навантаженням якого є камера іонізації. При необхідності

додаються вузли стабілізації напруги або струму.

Будь-які пристрої іонізації повітря можуть бути виготовлені за цією

структурною схемою і відрізняться один від одного лише конструкцією камери

іонізації повітря та способами подачі повітря в неї. Це визначається

призначенням іонізатора. Так наприклад, для іонізаторів повітря для ДВЗ

повітря в іонізатор подається за рахунок розрідження в впускному колекторі,

для іонізаторів повітря в приміщеннях це можуть бути вентилятори різної

конструкції та продуктивності, для пристроїв консервації продуктів, які швидко

псуються, – компресори, нагнітачі повітря.

А рамках дипломної роботи розроблена схема електрична принципова

іонізатора, яка наведена на рис.1. В ній використовуються широкодоступна

елементна база та стандартний високовольтний трансформатор типу BSC 25-

0252R, що широко застосовується в електроннопроменевих моніторах.

Задаючий генератор зібрано на мікросхемі DA2 типу NE555. Частота генерації

14 кГц і може регулюватися резистором R2 в межах від 2,8 до 22 кГц. Вихідний

каскад зібрано на польовому транзисторі VT1 типу IRF3205. Стабілізатор DA1 –

мікросхема типу 7809.

Пристрій особливого налагодження не потребує. Необхідно лише

орієнтовно встановити частоту генерації резистором R2 та при бажанні

подивитися сигнали в контрольних точках 1…5, які показані на принциповій

схемі.


12

Розроблена конструкція камери іонізації автомобільного озонатора повітря.

Зараз ведеться розробка конструкцій камер різного призначення, наприклад,

камер іонізації для побутових приміщень та домашнього консервування

продуктів.

Виготовлено лабораторний макет іонізатора, перевірена його

працездатність, проведені вимірювання основних характеристик та його

дослідження. Проведено невеликий експеримент з консервування продуктів,

який підтвердив можливість використання розробленого пристрою для цієї

мети.

Таким чином розроблено пристрій іонізації повітря універсального

призначення, який може використовуватися в різних галузях народного

господарства.


1. Озонування продукції: переваги використання. [Електронний ресурс]. Доступно за

посиланням: http://www.harchovyk.com/ru/content/detail/738 Останній вхід 29.03.2019.

2. Озонування продуктів харчування в Україні: типи побутових озонаторів.

[Електронний ресурс]. Доступно за посиланням: https://prom.ua/Ozonirovanie-produktov-

pitaniya.html Останній вхід 29.03.2019.

Рис. 1. Принципова схема пристрою іонізації повітря

http://www.harchovyk.com/ru/content/detail/738%20Останній%20вхід%2029.03.2019


13

СИСТЕМА ПОПЕРЕДНЬОГО ПІДІГРІВУ ГАЗОБАЛОННОГО

ОБЛАДНАННЯ АВТОМОБІЛЯ

Барабаш Д. П.




Корисна модель (u2019 03655) належить до двигунобудування і може бути

застосована при виробництві та модернізації двигунів внутрішнього згоряння

(ДВЗ), що працюють на скрапленому газі.

Відомі системи газобалонного обладнання (ГБО) для забезпечення роботи

двигунів внутрішнього згоряння на скрапленому газі. Типова система другого

покоління містить: газовий балон з витратно-наповнювально і контрольно-

запобіжним пристроєм, газові трубки, редуктор-випарник, регулятор холостого

ходу, перемикач газ-бензин, бензиновий клапан, кільцеву форсунку.

Недолік вказаної вище системи полягає в тому, що для роботи двигуна

внутрішнього згорання на газовому паливі, необхідний прогрів двигуна на

бензиновому паливі,що унеможливлює пуск ДВС без бензинового палива.

Найбільш близьким за технічною суттю до корисної моделі, що

заявляеться, є пристрій, призначений для живлення газового двигуна

внутрішнього горяння, що містить газовий балон з витратно-наповнювально і

контрольно-запобіжним пристроєм, трубопровід з винесеною заправною

горловиною, трубопровід зв’язаний з електромагнітним клапаном і через

трубопровід зв’язаний редуктором-випарником, який через трубопровід

з’єднаний з газозмішувальним пристроєм, редуктор-випарник через вхідний і

вихідний трубопроводи підключений до системи охолодження двигуна

внутрішнього згорання. [патент РФ № 92009207/06, МПК F02M

21/02 (1995.01), дата публікації 20.11.1995].

Вагомим недоліком цієї системи є необхідність підігріву редуктора

випарника за рахунок теплоносія попередньо підігрітого в працюючому на

бензині двигуні внутрішнього згорання, що унеможливлює пуск двигуна без

бензину.

В основу корисної моделі поставлена задача зменшення експлуатаційних

витрат бензину при запуску ДВЗ.

Поставлена задача вирішується тим, що в системі, яка містить газовий

балон з витратно-наповнювально і контрольно-запобіжним пристроєм ,

зв'язаний через трубопровід з винесеною заправною горловиною, через

трубопровід зв’язаний з електромагнітним клапаном і через трубопровід

зв’язаний редуктором-випарником, який через трубопровід з’єднаний з

газозмішувальним пристроєм, редуктор-випарник через вхідний і вихідний

трубопроводи підключений до системи охолодження двигуна внутрішнього

згорання згідно запропонованого технічного рішення введено незалежний

http://www1.fips.ru/fips_servl/fips_servlet?DB=RUPATAP&DocNumber=92009207/06&TypeFile=html

http://www1.fips.ru/wps/portal/ofic_pub_ru/#page=classification&type=IZPM&level=interSubClass&number=F02M

http://www1.fips.ru/wps/portal/ofic_pub_ru/#page=classification&type=IZPM&level=interSubClass&number=F02M


14

закритий контур теплоносія з примусовою циркуляцією та підігрівом котрий

підключений через електричні клапани незалежного контуру, електричні

клапани загальної системи охолодження врізані в загальну систему

охолодження ДВС, давач температури встановлений в системі охолодження

ДВС, давач температури встановлений в незалежному закритому контуру

теплоносія з примусовою циркуляцією та підігрівом, блок електроніки, за

допомогою електричної проводки зв’язаний з незалежним закритим контуром

теплоносія з примусовою циркуляцією та підігрівом електричними клапанами,

давачами температури.

Крім того, система додатково містить що додатково містить автономне

джерело живлення, блок дистанційного керування, радіо-модуль, блок

керуючих кнопок та індикаторів з можливістю встановлення в салоні

автомобіля.

Крім того, система містить програмний таймер для виставлення моменту

запуску процесу підігріву.

Крім того, система додатково містить блок аварійного вимкнення з

можливістю спрацювання в разі виникнення перегріву теплоносія в

незалежному закритому контурі теплоносія з примусовою циркуляцією та

підігрівом .

Між поставленою задачею і технічним рішенням існує безпосередній

причинно-наслідковий зв’язок, тому що попередній підігрів теплоносія

відбувається за рахунок електричних нагрівачів, які є більш ефективними в

порівнянні з прогріванням двигуна на бензині і забезпечують запуск двигуна

на скрапленому газі в будь-яку пору року.

Система передстартового (рис.1) підігріву редуктора–випарника

функціонує наступним чином.

Користувач вмикає систему, після чого блок електроніки (20) подає сигнал

закривання на електричні клапани загальної системи охолодження (16,17), а на

електричні клапани незалежного контуру (14,15) сигнал відкривання, в

незалежному закритому контурі теплоносія з примусовою циркуляцією та

підігрівом (13) починає грітися теплоносій з примусовою циркуляцією через

редуктор-випарник (7). Після того як теплоносій досягне температури +10⁰С,

газ в редукторі-випарнику починає випаровуватись, користувачу надходить

сигнал готовності до запуску ДВЗ. При досягенні працюючим ДВЗ автомобіля

робочої температури +20⁰С блок електроніки (20) вимикає підігрів та

примусову циркуляцію в незалежному закритому контурі теплоносія з

примусовою циркуляцією та підігрівом (13). Блок електроніки (20) подає

сигнал відкривання на електричні клапани загальної системи охолодження

(16,17), а на електричні клапани незалежного контуру (14,15) сигнал

закривання.


15

Ри

с. 1

. С

ист

ема

пер

едст

арто

вого

під

ігрів

у р

едукто

ра–

ви

пар

ни

ка

Проведені роботи по макетуванню системи дали позитивні результати, які

полягають в зменшенні затрат пального на 5%. Дана система може

встановлюватися для модернізації 1,2,3,4 покоління систем газового

обладнання автомобілів.


Патент на корисну модель u2019 03655 Барабаш Д.П.


16

МОЖЛИВОСТІ NB-IOT ДЛЯ ЗАХИЩЕНОГО ЗВ’ЯЗКУ

Бердник Ю. В.

(Науковий керівник Шпилька О. О., к.т.н., доц.)




Технологія NB-IoT являє собою стандарт стільникового зв’язку для

пристроїв телеметрії з малим обсягом обміну даними. Розроблений у рамках

3GPP під час роботи над стандартами для стільникових мереж нового

покоління, перша робоча версія була представлена в 2016 році.

Загальноприйнятим способом розгортки стандарту є ввімкнення поверх

технології LTE, всередині або на краях спектру LTE-сигналу, також існує

можливість запуску NB-IoT поверх GSM-мережі (рис.1):

Рис. 1. Розташування спектру NB-IoT відносно інших технологій: In-band – розташування

спектру всередині спектру LTE; Guard-band – розташування у захисному проміжку між

спектрами LTE або інших технологій; Standalone – розташування поза межами спектру LTE

або замість каналів GSM

Можлива ємність мережі M2M, яку може обслуговувати одна NB-IoT

базова станція сягає десятків тисяч пристроїв [1]. Головною особливістю

мережі NB-IoT є те, що це комерційна мережа, тобто існують гарантії роботи

мережі для її користувачів, що представляються оператором зв’язку або

вендором обладнання. Це надзвичайно важливо для вибору стандарту

машинного зв’язку у бізнес-використанні, наприклад, для догляду за врожаєм

на полях та контролю метеоумов або для моніторингу стану виробництва

(Industrial IoT), шкідливих викидів тощо, адже необхідно співвідносити ризики

неотримання інформації вчасно та витрати на запровадження бездротової

системи зв’язку [2].

При розгляді характеристик NB-IoT мережі (див. табл. 1) можна звернути

увагу на досить низьку швидкість підключення та великі затримки. Ці недоліки

перекриває той факт, що мережа розрахована на нове покоління IoT пристроїв,

що будуть здатні проводити розрахунки у собі, а в мережу передавати лише


17

стислі висновки цих розрахунків згідно з налаштуваннями пріоритету

пристроїв. До того ж, на відміну від LoRaWAN, система здатна опрацювати

тисячі пристроїв в режимі реального часу, тобто будь-який пристрій може без

зволікань передати оперативну інформацію. Таблиця 1

Стислий набір характеристик NB-IoT підключення

3GPP Release Release 13

Пропускна спроможність DL, кбіт/с 250

Пропускна спроможність UL, кбіт/с 250

Затримка, с <10

Кількість антен 1

Режим передачі даних Напівдуплекс

Ширина смуги, кГц 180

Потужність передавача пристрою, дБм 20/23

Максимальні втрати у радіоканалі, дБ 165

Потужність передавача станції, дБм 43

Максимальна відстань, км 15

Досить високі максимальні втрати у радіоканалі обумовлені схемою

формування сигналу з низькими швидкостями кодування 1/2 – 3/4, модуляцією

лише BPSK/QPSK та використанням SIMO 1x2 на базовій станції. Для

підвищення ефективності також використовують код Аламоуті – вихідні

послідовності містять однакову інформацію, проте кодуються різним чином

(рис. 2).

Рис 2. Кодування за Аламоуті. d(i) – модуляційний символ

Таке кодування дає енергетичний виграш оскільки якщо у одному

часовому інтервалі сигнали синфазні, то у наступному будуть протифазні.


1. NB IoT tutorial-features,Spectrum,applications of NB IoT [Електронний ресурс] : RF

Wireless World. Режим доступу: http://www.rfwireless-world.com/Tutorials/NB-IoT-tutorial.html

— Назва з екрана.

2. 3GPP Low Power Wide Area Technologies [Електронний ресурс] : GSMA White Paper //

2016. — 46 с. — Режим доступу: https://www.gsma.com/iot/wp-content/uploads/2016/10/3GPP-

Low-Power-Wide-Area-Technologies-GSMA-White-Paper.pdf.


18

ПРИДУШЕННЯ СПЕКЛ-ШУМУ НА РАДІОЛОКАЦІНИХ

ЗОБРАЖЕННЯХ

Бобко А. С.

(Науковий керівник Вишневий С. В. ст. викл. )




На сьогодні основним інструментом радіобачення є радіолокатор із

синтезованою апертурою (РСА). Однією з проблем в обробці даних з РСА є

спекл-шум (speckle-noise – англ.), який притаманний багатьом системам

зондування, що використовують когерентне випромінювання. Це різновид

мультиплікативного шуму, утворюється в результаті когерентної суперпозиції

просторово-випадкових коливань відбитого сигналу від різних джерел

розсіювання, викликає труднощі при вторинній обробці та інтерпретації

зображень[1]. Розсіяні хвилі накладаються одна на одну, викликаючи тим

самим появу спекл-шуму на зображенні, який збільшує середній рівень сірого в

локальній околиці пікселя (рис. 1).

Рис. 1. Зображення спекл-шуму

Аналітичний опис вихідного радіолокаційного зображення (РЛЗ), модель

мультиплікативного шуму [2]:

, , ,u x y S x y n x y ,

де ,x y – координати пікселя на РЛЗ; ,S x y– стаціонарна складова

(текстура); ,n x y– випадкова складова, яка не залежить від сигналу і

визначається миттєвим розподілом фаз елементарних відбивачів в елементі

розрізнення при конкретному ракурсі і куті місця спостереження.

Для зменшення впливу спекл-шуму на РЛЗ можуть застосовуватися такі

фільтри:


19

Фільтр Лі

Фільтр Фроста

Фільтр Вінера

Сигма-фільтр

Медіанний фільтр

Зазвичай фільтри повинні забезпечувати можливість зберігати краї та

деталі об'єктів, зменшувати зернистість зображення. Як правило, більшість із

них є локальними, тобто обробка ведеться в межах вікна (апертури фільтра),

переміщенням якого по всьому зображенні дозволяє відфільтрувати всі пікселі.

Зазвичай розміри апертури фільтра вибираються непарними, найбільш

поширені розміри наступні — 3x3, 5x5, 7x7, 9x9 і 11x11 пікселів. Враховуючи

конкретні особливості системи формування зображення, особливості обробки

РЛЗ та застосування відповідних апаратно-програмних засобів, може

виникнути потреба в попередньому перенормуванні значень яскравості,

наприклад, переведення до відповідного формату або типу даних, зміна

кількості біт для кодування значень яскравості тощо з метою зменшення

обчислювального навантаження без втрати інформативності даних доступних

для обробки.

Враховуючи велику кількість різноманітних підходів та методів до

фільтрації РЛЗ, виникає необхідність в дослідженні їх ефективності при

обробці відповідних зразків реальних та синтезованих зображень. Крім того,

враховуючи, що розміри зображень можуть бути досить великими, а кількість

таких зображень значною, одним із факторів вибору відповідного фільтру для

придушення спекл-шуму є швидкодія алгоритму та час обробки. Статистичні

оптимальні двомірні алгоритми потребують значних обчислювальних витрат,

крім того потребують надмірних об’ємів пам’яті електронно-обчислюваної

машини. Локальні фільтри із невеликою апертурою не завжди дають змогу

точно оцінити статистичні параметри та характеристики області зображення,

що потрапляє в апертуру. Крім того, ряд алгоритмів потребує наявності

апріорних даних про зображення, інші – ні. Таким чином, вибір відповідного

методу фільтрації спекл-шуму може представляти собою компромісний варіант

між точністю фільтрації і швидкодією обробки. Результати дослідження роботи

різних фільтрів обробки радіолокаційних зображень дозволяє оцінити їх

ефективність та спростити вибір фільтру при вирішенні задачі придушення

спекл-шуму.


1. Спекл. [Електронний ресурс]. Доступно за посиланням: https://ru.wikipedia.org/

wiki/%D0%A1%D0%BF%D0%B5%D0%BA%D0%BB. Останній вхід 21.04.2019.

2. Верба В.С. Радиолокационные системы землеобзора космического базирования /

Верба В.С., Неронский Л.Б., Осипов И.Г., Турук В.Э. — К.: Радиотехника, 2010. – 680 с. іл.,

табл., — (Наукова серія «Системы мониторинга воздушного, космического пространства и

земной поверхности») — Бібліогр.: с. 676 — ISBN 978-5-88070-263-3


20

ВІРТУАЛЬНА ЛАБОРАТОРНА РОБОТА З ДОСЛІДЖЕННЯ

ПІДСИЛЮВАЧА НА ПОЛЬОВОМУ ТРАНЗИСТОРІ

Бодюк О. А.





Виконання лабораторних робіт є однією з умов виконання робочого

навчального плану з кредитного модуля «Елементна база радіоелектронної

апаратури». Роботи виконується в обсязі 36 лабораторних годин, тобто, 6

занять по шість академічних годин. На даний момент лабораторні роботи

виконуються на фізичних макетах, робота на яких може викликати певні

труднощі у студентів. Теоретичні відомості про електронні прилади, які

досліджуються в лабораторних роботах, можна подивитися, наприклад, в [1]

або в іншій літературі, що наводиться в робочій програмі кредитного модуля,

опис макету та порядок виконання робіт даються в методичних вказівках [2],

які студент може завантажити з сайту кафедри або з Кампуса КПІ. Однак, всі

студенти мають різний рівень підготовки, тому іноді, у деяких з них виникають

питання пов’язані з роботою конкретних приладів та методикою проведення

дослідження. Тому важливою є домашня підготовка до занять. Студент перед

лабораторними роботами вдома ознайомлюється зі змістом роботи та

теоретичними питаннями, що пояснюють принцип дії відповідного приладу або

пристрою. Але іноді студентам потрібне додаткове пояснення згаданих вище

питань.

Для більш якісної підготовки до лабораторної роботи пропонується

виконати її вдома на віртуальному макеті лабораторних робіт. Бажано щоб

студенти мали змогу готувати як теоретичну так і практичну частини роботи

вдома на віртуальному макеті (приладі), а в учбовій лабораторії лише

перевіряли правильність отриманих дома результатів та співпадіння їх з

реально знятими характеристиками.

Розроблена лабораторна робота, яка дозволяє вивчити теоретичні питання

роботи польового транзистора та підсилювача сигналу зібраного на ньому.

Робота виконується в математичному середовищі Multisim, яке є віртуальною

лабораторією для моделювання та дослідження електронних схем. В цьому

середовищі зібрана та змакетована схема підсилювача синусоїдального

сигналу. Підібрані необхідні вимірювальні прилади, які дозволяють провести

вимірювання коефіцієнту підсилення схеми та дослідження частотних

характеристик.

Робота виконується в декілька етапів:

- ознайомлення з теоретичною частиною роботи(з методикою розрахунку

підсилювача на основі графоаналітичного методу проектування);


21

- розрахунок підсилювача за заданими викладачем параметрами;

- моделювання схеми в середовищі Multisim;

- дослідження моделі (визначення коефіцієнту підсилення сигналу,

максимальних амплітуд вхідного та вихідного сигналу, вхідного та вихідного

опору, частотного діапазону тощо).

Ця частина роботи виконується вдома на віртуальному макеті.

На заняттях в аудиторії необхідно:

- провести вимірювання заданих викладачем параметрів на фізичному

макеті;

- порівняти між собою результати отримані при вимірюванні параметрів

фізичного та віртуального макету;

- провести аналіз виявлених розбіжностей в отриманих результатах;

- дати пояснення виявлених розбіжностей.

Перед виконанням роботи для розрахунку студенту задаються наступні

дані:

- коефіцієнт підсилення;

- вхідний опір;

- вихідний опір;

- гранична частота роботи підсилювача;

- тип транзистора, що використовується в підсилювачі.

Розраховані параметри порівнюються з виміряними на фізичному макеті та зі

змодельованими в середовищі Multisim.

Таким чином віртуальна лабораторна робота з дослідження підсилювача

на польовому транзисторі дозволяє студентам якісно підготуватися до

виконання роботи на фізичному макеті, розглянути методи проектування

підсилювача на польовому транзисторі, тим самим вона поліпшує якість

отриманих знань та усуває можливі труднощі в проведені лабораторної

роботи.


1. Щука А.А. Электроника. Учебн. пособие / А.А. Щука; под ред. А.С. Сигова. – СПб.:

БХВ – Петербург, 2006. –800 с.

2. Електронні прилади. Метод. рекомендації до виконання лабораторних робіт з

дисципліни для студентів напряму підготовки 6.050901 «Радіотехніка» всіх форм навчання. /

Уклад: С.М. Дяченко, В.О. Піддубний, В.М. Корбут. –К.: НТУУ «КПІ», 2012 -76 c.


22

ЦИФРОВА ОБРОБКА СИГНАЛІВ РАДІОМЕТРА

Бондарець С. В.

(Науковий керівник Головін В. А., к.т.н., доцент)


«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського »


Перехід на програмно-апаратну реалізацію радіометра надає такі переваги:

спрощення схеми по кількості блоків, широкі можливості по обробці сигналів,

врахування зовнішніх впливів, зручне керування процесами радіометра з ПК.

Для поліпшення характеристик мікрохвильових радіометрів [1] розглянемо

можливості використання цифрової обробки сигналів в моделі радіометра

(рис.1).

Рис. 1. Структурна схема мікрохвильового радіометра

Сигнал, прийнятий антеною системою, являє собою гаусівський

випадковий процес з величиною дисперсії, що відповідає інтенсивності

зовнішнього сигналу, яку необхідно вимірювати.

Після підсилювача з смугою f і центральною частотою f сигнал має

синусоїдальну складову з частотою cf f та огинаючу з частотою of f . В

реальних радіометрах f – десятки, сотні ГГц , а f – одиниці ГГц і при

сучасному стані пристроїв цифрової обробки сигналів неможливе.

Після квадратичного детектора сигнал має складові на частоті 2 f , середнє

значення якого дорівнює нулю, та в діапазоні від 0 до f , середнє значення

якого пропорційне вхідній потужності.

Попередній підсилювач низької частоти (ППНЧ) після детектування

виділяє корисний сигнал з частотою модуляції і гасить шумові складові,

обумовлені флікер-шумом. Зменшення смуги корисного сигналу дозволяє

використовувати цифрову обробку після квадратичного детектора.

Частота модуляції (частота перемикання 60mf кГц ) модулятора

вибирається досить високою, так, щоб за один період перемикання коефіцієнт

підсилення не міг значно змінитися. Потім сигнал на частоті модуляції


23

подається на синхронний детектор, який керується сигналом опорного

генератор затриманого на час затримки проходження сигналу через фільтри. На

виході синхронного детектора створюється напруга, пропорційна різниці

сигналів від антени і еталона, але без присутності флікер-шумів

високочастотного підсилювача.

Згідно [2] для передачі сигналу через синхронний детектор з похибкою

менше 0.5 відсотка достатньо опрацювати біля 30 гармонік сигналу модуляції,

отож максимальна частота сигналу для АЦП 60 mf .

Для дослідження цифрової обробки сигналів радіометра розроблено

модель в системі Simulink. Модель складається із таких блоків: блоку

формування та підсилення сигналів, блоку фільтрації та квадратичного

детектування, блоку дискретизації та блоку цифрової фільтрації.

Результати роботи моделі представлені на рис.2. Показаний процес

додавання до базового рівня шуму P постійного доданку або P або 0,

проходження сумарного сигналу через квадратичний детектор, аналоговий

фільтр та цифровий фільтр з частотою зрізу 50 Гц, на виході сигнал відповідає

середньому рівню потужності шумового сигналу.

Рис. 2. Результати моделювання

За допомогою даної моделі показано ефективність цифрової обробки

шумових сигналів в останніх каскадах радіометра, а саме після квадратичного

та синхронного детекторів.

В роботі проведений аналіз можливостей застосування ЦОС після

основних блоків радіометра, показано що дискретизація сигналу та цифрова

обробка практично неможлива після широкосмугового підсилювача і можлива

після квадратичного та синхронного детектора, розроблена модель радіометра

в пакеті Simulink.


1. Шарков Е.А. Ш26 Радиотепловое дистанционное зондирование Земли: физиические

основы : в 2 т. / Евгений Шарков.— Т. 1.— М. : ИКИ РАН, 2014.— 544 с. : ил. ; +2 л. цв. вкл.

2. Цыбулѐв П. Г. Развитие систем регистрации радиоастрономических данных и

повышение чуствительности радиотелескопа РАТАН.

3. http://www.dslib.net/astrofizika/razvitie-sistem-registracii-radioastronomicheskih-dannyh-i-

povyshenie.html 16.04.2019.


24

ВЕНТИЛЬ НА ОСНОВІ Y–ЦИРКУЛЯТОРА

Вус О. С.



«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського »


Циркулятором називається невзаємний багатополюсник, у якому рух

потоку енергії між сусідніми входами відбувається в строго визначеному

напрямку, який залежить від орієнтації зовнішнього магнітного поля, що

намагнічує ферит. Найчастіше циркулятори виконуються на основі шестипо-

люсника (трибрамника) — Y–циркулятор (рис. 1), або восьмиполюсника

(чотирибрамника) — X–циркулятор (рис. 2), де позначено: ПРД —

передавальний пристрій, Н — навантаження, А — антена, ПРМ — приймаль-

ний пристрій.

Невзаємні циркулятори широко використовуються в сучасній

радіоапаратурі як універсальна розв’язка. Вони є найважливішими вузлами

регенеративних НВЧ пристроїв, таких як квантові парамагнітні підсилювачі,

параметричні підсилювачі, підсилювачі на лавино–прольотних діодах і т. д.

Циркулятори часто застосовуються при високому рівні потужності замість

вентиля, як пристрої розв’язки між генератором і навантаженням.

Матриця розсіювання Y–циркулятора

ідеального: ‖

‖ , реального: ‖

‖ ,

де комплексні коефіцієнти мають аналогічний зміст, як для вентиля.

Вентиль – це узгоджений невзаємний двобрамний пристрій

(чотириполюсник), що не створює істотного згасання для хвилі, що рухається

по лінії передачі в одному (прямому) напрямку, але вносить велике згасання

для іншого (зворотного) напрямку руху енергії.

Матриця розсіювання ідеального вентиля, яка приведена до одного

перерізу хвилеводу має вигляд :

Рис. 1. Циркулятор на основі шестиполюс-

ника (трибрамника) — Y–циркулятор

Рис. 2. Циркулятор на основі

восьмиполюсника (чотирибрамника) — X–

циркулятор


25

‖

‖

Вентилі знайшли широке практичне застосування для розв’язки різних

ділянок мікрохвильового тракту між собою, а також виключення шкідливого

впливу відбиттів на передавальні та приймальні пристрої РЕЗ. Застосування

вентиля різко поліпшує роботу генераторів НВЧ коливань, зменшує

затягування частоти, усуває ефект довгої лінії й т. д.

Вентиль включається між генератором і

навантаженням (рис. 3) таким чином, щоб енергія

падаючої хвилі, що поширюється від генератора до

навантаження, проходила вентиль у прямому

напрямку (воно вказується стрілкою на корпусі

феритового вентиля) з малими втратами, а хвиля, відбита від навантаження у

зворотному напрямку, поглиналася у вентилі. Генератор з вентилем утворюють

ідеальне джерело потужності, у якому потужність падаючої хвилі не залежить

від навантаження.

В роботі проведено експериментальні дослідження S параметрів вентиля

на ефекті зміщення поля і вентиля на основі Y-циркулятора. Вентилі широко

використовуются для розв’язки різних ділянок мікрохвильового тракту між

собою, а також виключення шкідливого впливу відбиттів на передавальні та

приймальні пристрої РЕЗ. Застосування вентиля різко поліпшує роботу

генераторів НВЧ коливань, зменшує затягування частоти, усуває ефект довгої

лінії й т. д.


1. Микаэлян А. Л. Теория и применение феритов на СВЧ / А. Л. Микаэлян. — М. :

Госэнергоиздат, 1963. — 664 с.

2. Боголюбов В. Н. Управляемые ферритовые устройства СВЧ / В. Н. Боголюбов, А. В.

Ескин, С. Б. Карбовский. — М. : Сов. радио, 1972. — 72 с.

3. Сазонов Д. М. Устройства СВЧ : Учебное пособие / Д. М. Сазонов, А. Н. Гридин [и др.]

; под ред. Д. М. Сазонова. — М. : Высшая школа, 1981. — 295 с.

4.Фельдштейн А. Л. Справочник по элементам волноводной техники / А. Л.

Фельдштейн, Л. Р. Явич, В. П. Смирнов. — М. : Сов. Радио, 1967.

5. Бова Н. Т. Антенны и устройства СВЧ / Н. Т. Бова, Г. Б. Рєзников. — К. : Вища

школа, 1977. — С. 55–57.

6 .Абрамов В. П. Невзаимные устройства на ферритовых резонаторах / В. П. Абрамов,

В. А. Дмитриев, С. А. Шелтухин. — М. : Радио и связь, 1989. — 200 с.

7. Пристрої надвисоких частот та антени: методичні вказівки до лабораторних робіт для

студентів радіотехнічного факультету / Укладачі: В. С. Вунтесмері, О. М. Купрій, А. Ф.

Левіна, С. Є. Мартинюк, Ф. М. Репа. — К. : НТУУ «КПІ», 2010. — 88 с.

Рис. 3. Схема включення

вентиля


26

МОДЕЛЬ РАДІОМЕТРА

Гарбовський В. П.

(Науковий керівник Головін В. А., к.т.н., доцент)




Модель приймача радіометра по схемі Діке [1] реалізована в системі

Simulink. Математичне моделювання необхідно для розуміння якісного або

точного передбачення поведінки приймача. Симуляція моделі дозволяє

спрогнозувати поведінку системи при різних значеннях параметрів, їх

відхиленнях від номінальних та налаштувати параметри моделі по тестовим

даним реальних приймачів і виконувати вибір оптимальних параметрів [2].

Модель приймача (рис.1) складається основних блоків, перемикачів та

слайдерів.

Генератори шумових температур антени Та, опорного джерела Tоп, та

приймача Тп розміщені в блоці «вхідні сигнали», вихідні сигнали яких мають

нормальний закон розподілення з нулевим середнім, початкові значення

генераторів шуму вибираються різними. Слайдер «Шум приймача» регулює

рівень шуму підсилювача Тп, а перемикач «Вибір сигналу» змінює рівень

шуму Та.

В блоці «Фільтр підсилювач» вибирається фільтр та підсилювач зі змінним

коефіцієнтом підсилення – слайдер «Рівень підсиленя». Квадратичний детектор

реалізований операцією піднесення сигналу до квадрату.

Смуговий фільтр налаштований на частоту модуляції сигналу.

Сигнал синхронізації синхронного детектора проходить через блок

затримки в якому величина затримки відповідає затримкам сигналу фільтрів.

Потужність шуму на вході детектора приймача радіометра

1 1

( ) ( )2 2

a оп п опP Gk T T f Gk T T f

(1)

де k =1.3804×10-23 Дж/К – постійна Больцмана; Δf – ефективна ширина

смуги пропускання високочастотної частини приймача до детектора; ΔG –

ефективне значення зміни коефіцієнта високочастотного підсилення; G –

середнє значення коефіцієнта підсилення.


27

Ри

с. 1

. М

од

ель

при

йм

ача

рад

іом

етр

а Д

іке

в S

imuli

nk


28

Після спрощення (1) отримаємо

1

( )2

a oпP Gk T T f

Стабільність роботи радіометра визначається ступенем сталості

коефіцієнтів шуму, смуги пропускання приймального пристрою та підсилення

[3]. Вираз для чутливості з урахуванням цих змін має вигляд

2 2

222( ) 2( )( )( )a оп п оп

a оп

T T T T GT T T

f G

(2)

де - постійна часу фільтру низькочастотної частини приймача;

Всі величини які входять в (2) можуть змінюватись в процесі симуляції, що

дозволяє оцінити значення T .

Результати симуляції показані на рис.2.

Рис. 2. Результати симуляції

Симуляція починається при максимальній різниці температур антени Та та

опорного генератора Tоп, в інтервалі часу 0.25 до 0.4 зменшується коефіцієнт

підсилення ВЧ частини приймача, в інтервалі 0.4 до 0.6 коефіцієнт

відновлюється, в інтервалі 0.6 до 0.86 змінюється температура Та= Tоп, після

0.86 знову встановлено максимальну різницю між Та і Tоп.

Крива «Температура» показує різницю температур Та та Tоп.


1. R. H. Dicke, ―The measurement of thermal radiation at microwave frequencies,‖ Rev. Sci.

Instrum., vol. 17, no. 7, pp. 268–275, Jul. 1946.

2. Derek M. Burrage Mark A. Goodberlet Malcolm L. Hero. Simulating Passive Microwave

Radiometer Designs Using Simulink. Statistical Methods in Medical Researchvol. 78, 1: pp. 36-

55. DOI: 10.1177/0037549702078001201

3. Куценко В.П., Яненко О.П. Оцінка похибок перетворення низько інтенсивних

шумових сигналів при періодичному порівнянні сигналів в НВЧ-колах радіометричних

приладів контролю. Вісник НТУУ ―КПІ‖. Серія «Приладобудування. – 2013. – Вип. 45 –С.78

–80.

http://journals.sagepub.com/author/Burrage%2C+Derek+M

http://journals.sagepub.com/author/Burrage%2C+Derek+M

http://journals.sagepub.com/author/Heron%2C+Malcolm+L






29

БЕЗПРОВІДНИЙ ВЕЛОСИПЕДНИЙ КОМП’ЮТЕР

Давидюк О. В.

(Науковий керівник Шульга А. В., к.т.н., ст. викл.)




На сьогоднішній день кількість велосипедистів різко зростає. Це

визначається трьома показниками: велотранспорт є корисним для здоров’я,

екологічно чистим та економічно-вигідним видом транспортом. У великих

містах, особливо зранку та у вечорі, коли потрібно добиратися до роботи чи

додому, зростає інтенсивність транспортного потоку і як результат –

сповільнення руху транспорту, виникнення заторів та велика втрата часу. Тому

для вирішення цієї проблеми почали широко застосовувати велосипеди.

Зазвичай, для підвищення безпечної поїздки на велосипедах встановлюють

додаткове обладнання: світлоповертаючі маячки, фари, габаритні вогні, звукові

сигнали, велосипедні комп’ютери з використанням спеціальних датчиків та

інше.

Важливим елементом додаткового обладнання для велосипедистів є

велосипедний комп’ютер, завдяки якому можна відстежувати своє пересування

по дистанції пройденого шляху, по геолокації, а також відслідковувати

фізіологічні показники велосипедиста (частоту серцевих скорочень, частоту

педалювання, кількість втрачених калорій).

Велокомп’ютер (англ. Cyclocomputer; в просторіччі - Велолічильник) -

електронний пристрій для вимірювання швидкості і пробігу велосипеда, а

також додаткових параметрів, таких як середня швидкість, час у дорозі,

максимальна швидкість, пульс, передача (на багатошвидкісних велосипедах),

поточний час, температура, тиск, каденс (частота обертання педалей) та інші.

[1].

Для поліпшення функціональних можливостей велосипедного комп’ютера

використовують різноманітні датчики.

Є два типи велосипедних датчиків: основні (герконовий датчик і датчик

каденса, які реєструють кількісні показники обертів колеса та педалей

відповідно), вони встановлюються безпосередньо на конструктиві велосипеда;

другорядні (датчики температури, тиску, висоти, пульсу, вологості повітря,

GPS та ін., які встановлюються в середині корпусу комп’ютера) [2,3].

Більшість сучасних велосипедних комп’ютерів мають наступний склад:

основний блок (комп'ютер) – мозок всієї системи, датчик швидкості (в

основному кріпиться на колесо), датчик каденса (кріпиться на педалі), датчик

пульсу (одягається на руку або кріпиться на тілі велосипедиста).


30

Сьогодні на ринку представлено досить велика кількість велосипедних

комп’ютерів, які різняться за типом, функціоналом та вартістю. Однак,

більшість з них має дуже високу ціну, яка не оправдовує роботу приладу.

Тому виникла ідея розроблення власної конструкції Безпровідного

велосипедного комп’ютера (рис.1), який по функціональності є на одному рівні

з сучасними аналогами, але підбір елементної бази у ньому надає можливість

здешевити собівартість приладу і відповідно збільшити кількість користувачів.

Рис.1 – Безпровідний велосипедний комп’ютер

Перевагою даного пристрою є: можливість безпровідного підключення до

смартфону з можливістю перенесення реєстрованих даних для їх подальшого

збереження, можливість підзарядки через порт mini USB та приваблива ціна.


Велокомпьютер, основные компоненты [Електронний ресурс]. — Режим доступу:

http://myowndevice.ru/index.php/pribory/item/1-velokompyuter#h3-osnovnye-komponenty —

Назва з екрану.

Герконовий датчик [Електронний ресурс]. — Режим доступу:

http://academicfox.com/herkonovyij-datchyk/ — Назва з екрану.

Датчик каденсу [Електронний ресурс]. — Режим доступу:

https://medgadgets.ru/interesnye-gadzhety/datchikkadensa.html— Назва з екрану.


31

ОБМЕЖЕНИЙ ЗВОРОТНИЙ ЗВ’ЯЗОК У СИСТЕМАХ MIMO

Демченко І. В.

(Науковий керівник Булашенко А. В., ст. викл.)




Базова станція стільникових мереж споживає до 80 % енергії, що

необхідна цій мережі [1]. Отже, велике значення має поліпшення енергетичної

ефективності базової станції. Дослідженню впливу стратегії розгортання на

споживану енергію в мережах мобільного радіозв’язку присвячене джерело [2].

Дослідження показують, що гетерогенна мережа може поліпшити енергетичну

ефективність для випадку з повним навантаженням трафіку. В роботі [3]

енергетична ефективність максимізується в системі MIMO на основі методу

OFDM, що базується на пропускній здатності Шенона. Таким чином, у

майбутніх роботах необхідно дослідити, як покращити енергетичну

ефективність для висхідної передачі багатокористувацьких MIMO систем в

LTE.

Використання зворотного зв’язку (рис. 1) засноване на каналі векторного

квантування, що використовує кінцеву канальну кодову книгу. Кожен

користувач квантує його канал на основі його кодової книги і повертає назад

найближче значення. Зрештою базова станція використовує інформацію

квантування каналу для обчислення на основі квантувача, що заснований на

нульових посилених критеріях і використовує наявні для користувачів

максимізацію сумарної швидкості. Величина відношення сигнал/шум сильно

залежить від кількості потоків даних, що не відомі, коли є обчислена

інформація каналу зворотного зв’язку. Отже, зворотний зв'язок може бути

обраний на базовій станції залежно від остаточного числа запланованих потоків

даних.

Рис. 1. Базова станція

Два типи систем зворотного зв’язку використовуються у системах MIMO.

Перший метод полягає в передачі повного CSI від приймача до передавача. CSI

дозволяє адаптувати передавач в поточних умовах каналу, що має вирішальне


32

значення для досягнення надійного зв’язку з високими швидкостями передачі

даних в багатоантенних системах. Другий метод використовує обмежений

зворотний зв'язок, де кожен користувач передає назад індекс кодової книги для

базової станції. Індекс кодової книги розраховується шляхом квантування

вектора композитного каналу таким, що його евклідова відстань до

передбаченого складеного каналу вектор зведена до мінімуму.

У результаті можна створити алгоритм, що включає в себе два методи

зворотного зв’язку. Перший називається енергоефективний адаптований

алгоритм для підвищення енергетичної ефективності базової станції. Крім того,

щоб зменшити частоту регулювання переданої потужності використовується

алгоритм, що називається напівстатичний контроль потужності.

Залежність середньої швидкості передачі даних від співвідношення

сигнал/шум для різної кількості антен в системі MIMO подані на рис. 2. Канал

має смугу пропускання 100 кГц.

Рис. 2. Характеристики системи МІМО

Розглянутий метод є швидким методом, що використовується для того,

щоб досягти кожним користувачем оптимальної потужності. Цей метод

використовує менший ресурс низхідної лінії за рахунок обмежених параметрів

зворотного зв'язку. У результаті, метод зворотного зв'язку, що може сходитися

швидше з мінімальним використанням ресурсів низхідної лінії

використовується в багатокористувацькій системі.


1. A. Fehske. The global carbon footprint of mobile communications: the ecological and

economic perspective // IEEE Commun. magn. – 2011. – Vol. 49, No.8. – pp.55-62.

2. F. Richter. Energy efficiency aspects of base station deployment strategies for cellular

networks / Richter F., Fehske A., Fettweis G. // in proceeding of the 70th Vehicular Technology

Conference, Anchorage, USA, September 2009.

3. H. Kim. Energy-constrained link adaptation for MIMO OFDM wireless communication

systems / Kim H. and Daneshrad B. // IEEE Trans. Commun.Magn. – 2010. – Vol. 31, No. 6. – p.

2820-2832.

4. Миночкин Д.А. Многопользовательские беспроводные системы с MIMO / Миночкин Д.А.//

Науково-технічна конференція „Проблеми телекомунікацій‖: Збірник тез. К.: НТУУ „КПІ‖, 2009. – с.

55.


33

ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ ТЕХНОЛОГІЙ 5G

Демченко І. В.

(Науковий керівник Булашенко А. В., ст. викл.)




Пікові швидкості передачі даних у мережах п’ятого покоління 5G

досягатимуть до 20 Гбіт/сек (рис. 1). Передачі даних на швидкості в 15 Гбіт/сек

на одного користувача з часом відгуку складав менше 3 мс здійснив у Швеції

оператор зв’язку Telia разом із компанією Ericsson на випробуванні обладнання

5G. Ці показники більше ніж в 40 раз вище показників функціонуючої 4G

мережі. Цей оператор запустив комерційну мережу 5G в 2018 році в Стокгольмі

та Таллінні [1].

Рис. 1. Мережа п’ятого покоління 5G

Компанія Huawei є одним із лідерів на ринку безпровідного обладнання. В

липні 2016 року Huawei разом із Vodafone вдалося розігнати швидкість в

мережі до 20 Гбіт/сек в E-діапазоні [2].

Компанія Huawei на форумах презентує прототипи базових станцій та

приймачів, що дозволяють підтримувати передачу даних на швидкості 115

Гбіт/с (рис. 2).

Рис. 2. Прототипи базових станцій та приймачів компанії Huawei

Також гігабітні швидкості не є виключенням та для рухливих абонентів,

оскільки Huawei передав 10 Гбіт/сек абоненту, що рухаються зі швидкостями

120 км/год. Головним успіхом експерименту залежить від точності


34

супроводження абонента діаграмою спрямованості базової станції, що

підтримує MIMO та Beamforming [3].

При розробці технологій 5G необхідно визначитися з тим, які технології

необхідні в першу чергу, а які будуть реалізовані після. Не дивлячись на це,

компанії-виробники намагаються очолити розробку технологій 5G, щоб

зайняти вигідну позицію у майбутньому. Компанія Nokia у квітні 2015 р.

придбала Alcatel-Lucent за 16,6 млрд. доларів США, а американська

телекомунікаційна компанія Verizon Wireless в 2017 створила першу мережа 5G

в США [4]. Першу мережу 5G запустили в Південній Кореї. Компанія SK

Telecom запропонувала нову технологію на відкритті дослідницького центра,

який займеться її розвитком. NTT DoCoMo теж намагається запустити мережу

5G в Японії до літніх Олімпійських ігор 2020 р. в Токіо.

В США в жовтні 2015 році деякі регіональні групи прийшли до угоди

збиратися кожні півроку для виробки загальної позиції по стандарту 5G.

Подібна угода була досягнута у вересні 2015 р. між Євросоюзом та Китаєм.

Ericsson та TeliaSonera прийшли до угоди про стратегічне партнерство з метою

забезпечити клієнтів стільникового оператора в Талині та Стокгольмі доступом

до мережі 5G в 2018 р. Як бачимо, країни світу домовилися про співпрацю у цій

сфері.

Компанія Orange в області 5G займається розробкою «зелених»

адаптивних антен, що споживають в 100 раз менше енергії, ніж існуючі.

Сучасні антени витрачають енергію, випромінюючи сигнал у всіх напрямках за

азимутом, навіть якщо він потрібен якому-небудь одному пристрою. «Зелені»

антени Orange зможуть фокусувати сигнал саме у тих точках, де це буде

потрібно у даний момент.

Таким чином, виробники при відсутності стандарт 5G взялися за

дослідження мережі нового покоління дуже різко, що їх розробки навіть

випереджують вихід стандарту. Якщо компаніям, що приймають участь у

проекті, вдасться досягти поставлених цілей, то весь світ зможе одержати

єдину, стабільну, конвергентну та високодосяжну мережу нового покоління,

після введення якої вже довгий час не доведеться створювати та розробляти

мережі нового покоління.


1. A. Osseiran. Scenarios for 5G mobile and wireless communications: the vision of the

METIS project / A. Osseiran, F. Boccardi, V. Braun // IEEE Communications Magazine. –2014,

vol. 52, no. 5. – pp. 26 – 35.

2. Одарченко Р.С. Стратегії розвитку операторів стільникового зв’язку в Україні //

Наукоємні технології. – 2015. – Том 26, № 2 – С. 141-148.

3. М. Аль-Рави. Анализ эффективности массовой MIMO системы восходящей связи при

использовании канала с замиранием накагами-М / М. Аль-Рави, М. Аль-Рави // Известия

Вузов. Радиоэлектроника. – 2017. – Т. 60, № 1. – стр. 18 – 23

4. Zheng Ma. Key techniques for 5G wireless communications: network architecture,

physical layer, and MAC layer perspectives / Zheng Ma, ZhengQuan Zhang, ZhiGuo Ding//

Science China Information Sciences. – 2015. – Vol. 58, No. 4. – PP. 1-20.

http://link.springer.com/search?facet-creator=%22Zheng+Ma%22

http://link.springer.com/article/10.1007/s11432-015-5293-y

http://link.springer.com/article/10.1007/s11432-015-5293-y

http://link.springer.com/search?facet-creator=%22Zheng+Ma%22

http://link.springer.com/search?facet-creator=%22ZhengQuan+Zhang%22

http://link.springer.com/search?facet-creator=%22ZhiGuo+Ding%22

http://link.springer.com/journal/11432


35

ПРОСТА СХЕМА КЕРУВАННЯ МОСТОВИМ ІНВЕРТОРОМ

Демченко С. О.

(Науковий керівник Антонець О. М., ст. викладач)




Мостові схеми інверторів завдяки своїй простоті та надійності широко

використовуються у вторинних джерелах живлення радіоелектронної

апаратури. В таких схемах два ключові транзистори знаходяться під низьким

потенціалом і можуть керуватися безпосередньо від двотактного ШІМ –

контролера, а два інші знаходяться під високим потенціалом джерела постійної

напруги і керування ними ускладнюється. Найчастіше в таких схемах для

керування силовими транзисторами використовується трансформатор з

чотирма вторинними обмотками (рис.1) , але це приводить до використання

намоточних елементів, що.незавжди.бажано.

Рис 1. Інвертор мостового типу

Щоб цього уникнути використовують дві додаткові мікросхеми –

драйвери, через які здійснюється керування високопотенційними ключами (рис

2), але це збільшує вартість інверторів.

Під час розробки лабораторного макету для лабораторії ―Електроживлення

РЕА‖ було прийнято рішення використати в мостовому інверторі транзистори

різного типу провдіності: для низькопотенціальних ключів типу n-p-n типу, а

для високопотенціальних p-n-p типу. Це дало змогу всі силові транзистори

безпосередньо підключити до виходу ШІМ – контролера TL494, який працює в

двотактному режимі.


36

Рис 2. Інвертор з драйверами

Рис 3. Інвертор з транзисторами різного типу провідності

Дана схема (рис.3) досліджена та буде використовуватися на кафедрі

РТПС, в апаратурі та лабораторних макетах з вивчення студентами РТФ джерел

живлення з перетворенням частоти. Такий спосіб керування силовими ключами

може використовуватися і в напівмостових інверторах.


1. Санджая Маниктала. Импульсные источники питания от А до Z / Санджая

Маниктала. К.:Мк-Пресс. 2008.-256 с.

2. Москатов Е.А. Источники питания/ Е.А Москатов К.: Мк-Пресс. 2012. - 208 с.

3. Мэк Раймонд. Импульсные источники питания./ Раймонд Мэк М..ДодекXXI:2008.-

271c.

4. Шустов М.А. Основы Силовой электроники/ М.А Шустов, Наука и Техника, Санкт

Петербург 2017.-358с.


37

РЕГУЛЬОВАНИЙ ЛАБОРАТОРНИЙ БЛОК ЖИВЛЕННЯ

ДЛЯ РАДІОАМАТОРСТВА

Захарченко М. М.

(Науковий керівник – Піддубний В. О., к.т.н., доцент)




Для живлення радіоелектронної апаратури використовуються джерела

живлення. Всі джерела живлення поділяються на трансформаторні (класичні) та

імпульсні, які масово використовуються в сучасній апаратурі. Однак, не

зважаючи на переваги імпульсних джерел, трансформаторні блоки живлення

використовуються достатньо широко, особливо в радіоаматорській практиці,

завдяки простоті схемотехнічних рішень та доступності радіоелементів.

Трансформаторні блоки живлення постійного струму використовуються в

багатьох електронних приладах. Це можуть бути блоки живлення аматорського

виготовлення для побутових приладів на виробництві та домогосподарства, для

освітлювання приміщень, а також вони можуть використовуватися для

комп’ютерних пристроїв аматорського проектування та для живлення

радіопристроїв при перевірці їх роботи та налагодження. Слід сказати, що

більшість трансформаторних блоків живлення будуються за однією

структурною схемою, яка в своєму складі має трансформатор, який змінює

вхідну напругу на потрібну для живлення пристрою (за звичай це змінна

напруга від двісті десяти до двісті тридцяти вольт), діодний випрямляч струму,

конденсатор. При необхідності додаються вузли стабілізації напруги або

струму та вимірювальні прилади.

Трансформаторні блоки живлення виготовлені за цією структурною

схемою відрізняться один від одного в першу чергу вихідною напругою,

межами її регулювання та максимальним струмом, який може віддавати блок

живлення в навантаження, та конструкцією корпусу,. Це визначається

призначенням блока живлення. Так наприклад, для живлення мобільних

телефонів або цифрових пристроїв потребується напруга 5 вольт, а, наприклад,

для різних освітлювальних приладів потребується напруга в 12 вольт. Для

налагодження апаратури використовуються блоки живлення, які мають

регульоване значення вихідної напруги. За звичай це напруга від одиниць вольт

до декілька десятків вольт при струмові до декількох ампер.

В рамках вивчення роботи класичних трансформаторних блоків живлення

розроблений блок живлення, електрична принципова схема якого наведена на

рис.1. В ній використовуються широкодоступна елементна база та стандартний

трансформатор вихідний кадровий від телевізорів старого зразка типу ТВК-

110ЛМ, який достатньо легко можна знайти серед радіодеталей своїх батьків

або дідусів


38

Рис. 1. Принципова схема пристрою трансформаторний блок живлення

Такий блок живлення розрахований на постійний струм до 1.5А при

напрузі на виході від 0 до 12 вольт. Потужність, що віддає блок живлення,

складає близько 20 Вт. В якості силового транзистора VT3 використано

транзистор TIP32C. Номінальне значення опору резистора, що регулює вихідну

напругу, складає 5 кОм. Для зручності роботи з блоком живлення його

необхідно доповнити цифровим вольтметр-амперметром постійного струм типу

ZC15400, стабілізатором напруги L7812 для живлення вольтметра-амперметра.

Пристрій особливого налагодження не потребує. За звичай при справних

радіодеталях схема починає працювати зразу ж без налагодження. Для

отримання інших вихідних характеристик, наприклад, вихідної напруги для

збільшення вихідної напруги потрібно замінити трансформатор та під

корегувати, в першу чергу, тип стабілітрону VD6, від якого залежить

максимальна вихідна напруга. Виготовлено лабораторний трансформаторний

блок живлення, перевірена його працездатність, проведені вимірювання

основних характеристик та його дослідження.

Таким чином розроблений лабораторний трансформаторний блок

живлення універсального призначення, який простий в виготовленні та

налагодженні, виконаний з доступних деталей. Блок живлення може з успіхом

використовуватися як універсальний блок живлення при розробці та

налагодженні самостійних радіоаматорських конструкцій.


1. Регулируемый блок питания от 0 до 14 Вольт [Електронний ресурс]. Доступно за

посиланням https://sesaga.ru/samodelnyj-reguliruemyj-blok-pitaniya-ot-0-do-14-volt.html

2. Сучасні блоки живлення та їх характеристики [Електронний ресурс]. Доступно за

посиланням https://ua.gecid.com/power/sovremennyee_bloki_pitaniya_atx_i_ih_harakteristiki/

https://sesaga.ru/samodelnyj-reguliruemyj-blok-pitaniya-ot-0-do-14-volt.html


39

ШИРОКОСМУГОВИЙ ГІБРИДНО-ІНТЕГРАЛЬНИЙ СПРЯМОВАНИЙ

ВІДГАЛУЖУВАЧ МІЛІМЕТРОВОГО ДІАПАЗОНУ З КВАДРАТУРНИМ

ФАЗОВИМ ЗСУВОМ

Іванечко Д. М.

(Науковий керівник Турєєва О. В., старший викладач)




Спрямовані відгалужувачі (СВ) є одним з важливих елементів багатьох

систем НВЧ діапазону. З огляду на тенденції мініатюризації все більш

складних пристроїв, розробці гібридно-інтегральних схем НВЧ присвячується

значна увага. Електродинамічною основою їх в міліметровому і ближній

частині терагерцового діапазонів довжин хвиль доцільно використовувати

хвилеводно-щілинну лінію (ХЩЛ), втрати в якій значно менші ніж в

мікросмужковій. При цьому розповсюдженою топологією СВ часто виступає

відгалужувач на зв’язаних лініях передачі, оскільки необхідне значення

перехідного ослаблення тут реалізується дуже просто, а сам СВ добре

інтегрується до складу пристрою, який виконується на єдиній підкладинці.

Дослідженню амплітудно-частотних характеристик таких СВ було присвячено

значну кількість робіт. Разом з тим їх фазові характеристики досі не

досліджувались, незважаючи на їх критичну важливість для реалізації ряду

пристроїв. Прикладом є розробка широкосмугових мультиплексорів на

суміжні смуги частот, де саме квадратурність вихідних портів СВ (тобто 90-

градусний відносний фазовий зсув хвиль на цих портах) забезпечує розв’язку

окремих фільтрів.

Зазначена топологія СВ на основі ХЩЛ зображена на рис.1.

В роботі [1] показано, що довжина області

зв’язку щілин ХЩЛ пов’язана з перехідним

ослабленням співвідношенням -S /20-1 31

e o2(β -β ) (10 )L= arcsin , (1)

де e o, -β β фазові сталі хвиль парного і непарного

типів у хвилеводно-копланарній лінії, яка

утворюється в секції зв’язку двох ХЩЛ, а 31S

значення перехідного ослаблення в дБ.

Співвідношення (1) було отримане в припущенні

чітко відокремленої області зв’язку. Це відповідає

куту α на рис.1, рівному 180. Значне відбиття

хвиль від границь області зв’язку в цьому випадку

призводить до помилок в розрахованому згідно [1]

Рис. 1. Топологія СВ на основі

ХЩЛ


40

перехідному ослабленні, значному погіршенні розв’язки і порушенню

квадратурності його виходів. З метою уникнути цих недоліків пари вихідних

портів повертаються на відмінний від 180-градусного кут, а гострі кути між

щілинами ХЩЛ згладжуються. В даній роботі досліджена залежність

відносного фазового зсуву хвиль на вихідних портах СВ від кута α між ними в

смузі частот 35 – 38 ГГц. Результати розрахунків подані на рис.2. Розрахунки

виконані для ширини щілини ХЩЛ w=150 мкм, відстані між щілинами

=1,1мм, підкладинки з товщиною d=140мкм і діелектричною проникністю

ε=2,45. Планарна структура СВ поміщена у стандартний хвилевід перерізом

axb=7,2x3,4мм. При розрахунках частотних залежностей відносного фазового

зсуву при кожному куті α довжина області зв’язку L дещо змінювалась з метою

забезпечити перехідне ослаблення, рівним середній по діапазону величині 3дБ.

Частотні залежності перехідного ослаблення при кожному із розглянутих на

рис.2 кутів зображені на рис.3. З наведених результатів видно, що найкращі

результати з огляду на вимоги до квадратурності досягаються при кутах

близьких до 120. Збільшення кута до 180 призводить до погіршення цього

параметру і збільшення нерівномірності АЧХ перехідного ослаблення, що

пов’язане, вірогідно, із резонансним збудженням надрозмірної області

хвилеводної камери в області з’єднання хвилеводів.

Рис. 2. Результати розрахунків Рис. 3. Частотні залежності перехідного ослаблення

Таким чином, належний вибір кута між портами в топології СВ на основі

неперервно зв’язаних ХЩЛ дозволяє реалізувати відгалужувач із відносним

фазовим зсувом хвиль у вихідних портах 901 в діапазоні частот 35 – 38 ГГц.

Література 1. Анбиндерис Т.Т. Направленные ответвители на связанных волноводно-щелевых

линях / Анбиндерис Т.Т., Ищенко М.Г., Мирный С.В., Омельяненко М.Ю. //

Радиоэлектроника (Известия вузов). — 1989. — № 10. — С. 95-96.

Δϕ, α=180

α=120

α=90

α=60

α=60 α=90

α=180

α=120

Частота,ГГц Частота,ГГц


41

ДІЕЛЕКТРИЧНА СТЕРЖНЕВА АНТЕНА

Коваленко І. С.





Важливою вимогою, яка ставиться перед сучасними бортовими і

наземними дзеркальними антенами систем супутникового зв’язку та

радіорелейних ліній, є забезпечення низького рівня крос-поляризаційного

випромінювання (КПВ). Це дозволяє реалізувати поляризаційне ущільнення

каналів і тим самим удвічі збільшити інформаційну ємність таких систем.

Відомо, що в більшості випадків основним джерелом КПВ дзеркальних антен є

опромінювачі. Тому на практиці використовують опромінювачі з низьким

рівнем КПВ. Одним із методів отримання низького КПВ є заповнення рупора

діелектриком. Тому доцільним є пошук і дослідження опромінювачів,

побудованих на основі метало-діелектричних структур. До таких структур

належить кільцестержнева антена (КСА), яка конструктивно є діелектричним

стержень із розташованими на ньому тонкими металевими кільцями (рис. 1).

Рис. 1. Загальний вигляд кільцестержневої антени

Матеріалом для стержня обирають будь-який легкий діелектрик.

Найчастіше це фторопласт (діелектрична проникність ε = 2,08) або полістирол

(ε = 2,55). Елемент узгодження КСА з круглим хвилеводом виконують із

пінополістиролу (ε= 1,2) або іншого діелектрика. Розраховані діаграми

спрямованості на основній та крос-поляризації КСА на трьох фіксованих

частотах для трьох різних довжин наведено на рис.2.

На рис. 3 подані графіки частотних залежностей максимального рівня КПВ

для трьох зазначених довжин КСА в діапазоні частот 5.0 – 7.0 ГГц.


42

Рис. 2. Діаграми спрямованості КСА на

основній та крос-поляризації на частоті

5ГГц, при довжинах : 1) L=λ0; 2) L=3λ0; 3)

L=6λ0; 4) L=9λ0

Рис. 3. Частотні залежності максимального

рівня КПВ КСА довжиною: 1) L=3λ0; 2)

L=6λ0; 3) L=9λ0

Рис. 2 – 3. свідчать про те, що КСА має загалом низький рівень КПВ. При

збільшенні довжини антени рівень КПВ знижується.

З рис.2 видно що до 20° від напряму випромінювання головного пелюстка

рівень крос-поляризаційного випромінювання становить не більше −20дБ

Таким чином, кільцестержнева антена може забезпечувати низькі рівні

крос-поляризаційного випромінювання у нешироких смугах частот і знайти

застосування у радіотехнічних системах із ортогональними поляризаціями

сигналів.


1. Дубровка Ф.Ф., Баньковський В.Л. ―ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИПРОМІНЮВАННЯ

АНТЕНИ ТИПУ «КІЛЬЦЕСТЕРЖНЕВА СТРУКТУРА В РУПОРІ»‖ Вісник Національного

технічного університету України "КПІ" Серія – Радіотехніка. Радіоапаратобудування.-2010.-

№42 ст. 46-50.

2 Jae-Young Chung, Chi-Chih Chen ―Two-Layer Dielectric Rod Antenna‖ IEEE

TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 56, NO. 6, pp. 1541-1547

JUNE 2008.


43

ВПЛИВ МАГНІТНОГО ПОЛЯ НА МІКРОХВИЛЬОВІ

ХАРАКТЕРИСТИКИ СПІНТРОННИХ МАГНІТНИХ НАНОДЕТЕКТОРІВ

Козак О. К.

(Науковий керівник Прокопенко О. В., д.ф-м.н., професор)

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

Факультет радіофізики електроніки та комп’ютерних систем

На сьогоднішній день у мікрохвильовій електроніці для детектування

електромагнітного випромінювання зазвичай використовують діоди Шотткі з

вольт-ватною чутливістю меншою за 500 В/Вт. Альтернативою

напівпровідниковим детекторам можуть бути спінтронні магнітні

нанодетектори (СМНД) [1], у яких вольт-ватна чутливість є більшою на 1–3

порядки.

СМНД являє собою багатошарову структуру, що містить закріплений

магнітний шар (ЗМШ), намагніченість якого є нерухомою, та вільний

магнітний шар (ВМШ), намагніченість якого може відносно вільно рухатись

під дією зовнішнього впливу.

У даній роботі досліджується вплив перпендикулярного сталого

магнітного поля {0,0, }dc dcBB на характеристики СМНД, в якому збуджується

великокутова прецесія намагніченості, за рахунок чого СМНД є пороговим

нерезонансним детектором мікрохвильових сигналів [1, 2].

Спочатку числовими методами було розв’язане рівняння Ландау-Ліфшиця-

Гільберта-Слончевського (ЛЛГС):

γ α σ ( )eff G

d dI t

dt dt

m mB m m m m p ,

де γ — гіромагнітне відношення, effB — ефективне магнітне поле, яке є

сумою dcB та розмагнічуючого поля, αG — параметр згасання Гільберта, σ —

спін-обертовий коефіцієнт, rf cos ωI t I t — вхідний мікрохвильовий струм,

0,1,0p . Потім було розраховано сталу вихідну напругу детектора

( ) ( )dcU I t R t , де ( ) ( )R t R t , β arccos m p .

На рис. 1а наведено типову залежність ( )dc rfU I для випадку, коли до

СМНД прикладене стале поле 200dcB мТл [1, 2]. Видно, що крива ( )dc rfU I

характеризується достатньо сильним гістерезисом, верхній highI та нижній lowI

пороги якого відрізняються майже в два рази. При збільшенні поля dcB

величини порогів гістерезису highI , lowI зменшуються, а ширина гістерезису

highI – lowI збільшується (рис. 1б). Це пояснюється тим, що достатньо сильне

перпендикулярне до площини СМНД поле dcB полегшує перехід детектора у


44

нерезонансний пороговий режим роботи.

Рис. 1. а) Залежність вихідної напруги dcU СМНД від амплітуди вхідного струму rfI ,

200dcB мТл; б) Залежність верхнього highI та нижнього lowI порогових струмів від

величини сталого магнітного поля dcB .

У початковому стані, коли 0dcB , 0rfI , намагніченість ВМШ лежить у

площині цього шару. Для реалізації нерезонансного режиму роботи СМНД

намагніченість ВМШ повинна вийти з площини ВМШ і почати прецесувати

вздовж траєкторії з великим кутом прецесії, що лежить у площині, майже

паралельній до площини ВМШ [1, 2]. Відповідно поява ненульової вихідної

напруги СМНД dcU стає вже можливою при менших значеннях rfI , коли

зовнішнє поле dcB примусово виштовхує намагніченість з площини ВМШ. Цей

ефект є тим помітнішим і реалізується за менших величин rfI , highI , lowI , чим

більшим є поле dcB . Разом з тим, при дуже великих значеннях dcB взаємодія

намагніченості з полем може стати настільки сильною, що це ускладнить

вільний рух намагніченості ВМШ. Отже, ефект керування гістерезисом за

допомогою сталого магнітного поля можливий лише в певному діапазоні

значень dcB .


1. Spin-Torque Microwave Detectors / O. V. Prokopenko, I. N.Krivorotov, T. J. Meitzler, E.

Bankowski, V. S. Tiberkevich, A. N. Slavin // Magnonics: From Fundamentals to Applications.

Topics in Applied Physics (Vol. 125) / [Eds. S. O. Demokritov, A. N. Slavin]. – Berlin: Springer–

Verlag, 2013. – Chapter 11. – P. 143–161.

2. Spin-torque microwave detector with out-of-plane precessing magnetic moment. / O. V.

Prokopenko [et al]. // Journal of Applied Physics. – 2012. – Vol. 111. – P. 123904-1–123904-6.


45

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ТРАНСМІТЕРА

НА ОСНОВІ STEP RECOVERY DIODE

ДЛЯ ПОРТАТИВНОГО МІКРОХВИЛЬОВОГО РАДАРУ

Козачук М. А.

(Науковий керівник Найденко В. І., д. ф.-м. н., проф.)




В роботі описуються результати експериментального дослідження

трансмітера на основі step recovery diode для портативного мікрохвильового

радару. Швидкісним перемикачем є SRD діоди.

Технічними вимогами до генератора є генерація пікосекундних

послідовностей імпульсів з протилежною полярністю, які повторюються з

заданою частотою.

Основні вимоги та характеристики:

1. тривалість імпульсу – 100 – 150 пс;

2. частота повторення імпульсів – 1-10 МГц;

3. навантаження трансмітера – антена з вхідним опором 50 Ом або 100

Ом;

4. мінімальний рівень джитеру;

5. рівність амплітуд різнополярних імпульсів;

6. можливість синхронізації з приймачем;

7. мінімальні вага і габарити;

8. мінімальне енергоспоживання.

Схема трансмітера складається з двох частин (Рис 1.): генератора, який

задає частоту повторення імпульсів (живиться від двополярного джерела

напруги +/- 5 В), та формувача імпульсів (який працює при напрузі + 12-14 В).

+5 В

0

-5 В

+ 12-14 В

0

170 пс (4,9 В) 120 пс + 135 пс (2 В + 2 В)

гаусовий імпульс моноцикл імпульс

Рис. 1. Блок-схема трансмітера

генератор

тактової частоти 3.5

МГц

генератор

гаусових та імпульсів

моноциклу


46

Як генератор використовується плата, побудована на основі мікросхеми

МАХ038, яка генерує синус, меандр, трикутні імпульси частотою 0,1 Гц –

20 МГц.

Рис 2. Схема трансмітера

Сам генератор гаусових та моноцикл імпульсів (Рис 2.) реалізований на

діелектричній підкладинці ROGERS AD450 з діелектричною проникністю

ε = 4,5 і товщиною 0,762 мм.

Ширина позитивного імпульсу 135 пс, негативного 120 пс, а їх амплітуди

по 2 В (Рис 3.).

Рис 3. Моноцикл імпульс

Таким чином досліджено трансмітер з пікосекундними імпульсами та

експериментально виміряні його характеристики. Параметри імпульсів

задовольняють необхідним вимогам.


1. Pulse and waveform generation with Step Recovery Diodes – U.S.A.: Hewlett

Packard. – 28 с. – (918).


47

МОДИФІКОВАНИЙ МЕТОД НАЙШВИДШОГО ГРАДІЄНТНОГО

СПУСКУ

Кондратенко С. Ю.

(Науковий керівник Тарабаров С. Б., к.т.н., доцент)




Сьогодення потребує від конструктора не тільки створювати необхідні

технічні рішення, а робити це якомога швидше. Будь-які затримки — це

додаткові матеріальні витрати, втрачена вигода, то можливість залишитися

позаду конкурентів.

Хоча зараз комп’ютер допомагає розробнику проводити обчислення

швидше, але складність необхідних розрахунків, що потрібно провести, також

зростає. Ускладняються цільові функції, параметри системи взаємопов’язані

між собою, і часто не можливо поліпшити однин, не погіршивши інший. Тут на

допомогу приходять методи математичної оптимізації, що дозволяють значно

скоротити необхідну кількість кроків для досягнення бажаного результату.

Потрібно зауважити, що сам процес пошуку рішення — це спроба знайти

мінімальне (чи максимальне) значення так званої цільової функції, що

являється математичною репрезентацією досліджуваної системи, та обмежень

накладених на її параметри.

Зараз існує доволі велика кількість методів оптимізації. Вони можуть

різнитися кількістю аргументів, можливістю користуватися лише значеннями

функції, чи, також, обчислювати похідні як першого, так і другого порядків.

Набувають популярності генетичний алгоритм та нейронні мережі, що стало

можливим завдяки потужностям сучасних комп’ютерів.

Кожен метод має свої переваги та недоліки, тому їх обирають виходячи з

досвіду, або наявних рекомендацій. Компромісним варіантом можна вважати

вибір групи градієнтних методів.

Інтерес викликає використання чутливостей для можливого поліпшення

методу найшвидшого градієнтного спуску, алгоритм якого [1] полягає у

побудові послідовності точок, які обчислюються за правилом:

1i i i i

X X S

де X — точка з шуканими параметрами системи, λ — коефіцієнт, що

визначається шляхом одновимірної оптимізації, i i

S f X — напрямок

одновимірної оптимізації, i — номер ітерації.

Модифікована формула матиме вигляд:

1i i i iik k k kx x x f x

,


48

де ikx — k-та складова вектора

iX на і-й ітерації.

Для порівняння обрано метод спряжених градієнтів [2] (також модифікація

методу найшвидшого градієнтного спуску), напрямок пошуку в якому

визначається за формулою:

1i i i

S f X S

де β — скалярний ваговий коефіцієнт, що визначається по формулі Флетчера–

Рівса або Полака–Райбера.

У таблиці 1 наведено порівняння методу найшвидшого градієнтного

спуску, запропонованої модифікації, та методу спряжених градієнтів (з різним

ваговим коефіцієнтом). Функції, що оптимізуються:

1) 2 22

1 1 2 2 1 1, 100 1f x x x x x ;

2) 2 2

2 1 2 1 2 1 2, 2 7 2 5f x x x x x x ;

3) 2 23 1 2 1 2, 2f x x x x .

В межах однієї функції, для кожного випадку встановлені однакові

параметри точності та початкова точка. Таблиця 1

Порівняння методів оптимізації

Функція 1 Функція 2 Функція 3

Метод i 1( )f X i

2( )f X i 3( )f X

Найшв. град. спуск 516 1,79e-05 29 3,13e-06 7 2,51e-05

Модифікація 347 1,53e-05 29 1,41e-05 4 1,90e-04

Флетчера–Рівса 32 2,90e-09 6 7,47e-08 4 1,66e-05

Полака–Райбера 16 2,46e-10 5 3,59e-07 5 3,33e-07

Як бачимо запропонована модифікація пришвидшує роботу алгоритму

найшвидшого градієнтного спуску, проте показує гірші результати, ніж вже

існуючі рішення. З отриманих результатів можна зробити висновок, що

доцільніше використовувати метод спряжених градієнтів. Проте, питання ще

потребує додаткового дослідження.


1. Rao, S. S. Engineering optimization: theory and practice / Singiresu S. Rao. – 4th ed. p. cm.

ISBN 978-0-470-18352-6

2. Метод сопряжѐнных градиентов. [Електронний ресурс]. Доступно за посиланням:

http://www.machinelearning.ru/wiki/index.php?title=Метод_сопряженных_градиентов.

Останній вхід 27.04.2019.


49

СКАНУЮЧА ТУНЕЛЬНА МІКРОСКОПІЯ

НАНОКЛАСТЕРІВ СРІБЛА І МІДІ

Кошелюк П. В., Байсара А. А.

(Науковий керівник Кулик С. П., доцент)

Київський національний університет ім. Тараса Шевченка

Факультет радіофізики, електроніки та комп’ютерних систем

Для дослідження було обрано кластери срібла та міді. Срібло утворює

стійкі колоїди, отримувані у водному розчині полімерних молекул під дією

зовнішнього випромінювання. При цьому проходять складні фотохімічні

процеси, які призводять до появи стійких колоїдів з наночастинками сферичної

форми [1]. Мідь широко використовується в промисловості за своєї високої

провідності, аналогічних властивостей золота і срібла і значно меншою

вартістю. Однак, у порівнянні з великими дослідженнями про золото і срібло,

статті про мідні нанокластери все ще залишаються дефіцитними, насамперед

через їх сприйнятливість до окислення і труднощі з підготовкою надзвичайно

дрібних частинок [2].

Нанесено нанокластери срібла з колоїдного розчину на мідну підкладку.

Отримано СТМ зображення даного зразка рис. 1. Оцінено розміри

нанокластерів. Побудовано діаграму розподілу кластерів за розмірами рис. 2.

Рис. 1. СТМ зображення мідної підкладки з осадженими нанокластерами срібла. Розміри

зображення 300×300 нм

Мідні нанокластери осаджено з колоїдного розчину на стальну підкладку.

Одержано СТМ зображення отриманої структури і оцінено розміри

нанокластерів. Діаграма розподілу нанокластерів міді наведена на рис. 3.


50

Рис. 2. Діаграма розподілу нанокластерів срібла за розмірами.

Рис. 3. Діаграма розподілу нанокластерів міді за розмірами.

Таким чином максимум розподілу за розмірами кластерів срібла припадає

на 20 нм., а для міді 50 нм. Розподіл нанокластерів срібла вужчий в порівнянні з

розподілом мідних нанокластерів. Отже, колоїдний розчин срібла є більш

монодисперсним ніж розчин міді, і може в подальшому використовуватись для

дослідження процесів коалесценції та седиментації.


1. Rohlfing E. A. Production and characterization of supersonic carbon cluster beams / E. A.

Rohlfing, D. M. Cox, A. Kaldor. // J. Chem. Phys.. – 1984. – №7. – С. 3320 – 3322.

2. Lu Y. Z. Copper nanoclusters: Synthesis, characterization and properties / Y. Z. Lu, W. T.

Wei, W. Chen. // Chin Sci Bull.. – 2012. – Vol. 57, №1. – С. 41 – 47.


51

РОБОТА ДО ЗАВАДИ

Кривобок Ю. В.1

(Науковий керівник Могильний С. Б.2, к.т.н., доцент)

1 Національний авіаційний університет

Факультет інженерії програмного забезпечення 2 Національний технічний університет України



Визначення відстані до завади є поширеною задачею для роботизованих

платформ. Одним з варіантів є порівняння зображень, коли зйомка

виробляється з двох відомих ракурсів, що відрізняються тільки зрушенням у

перпендикулярному оптичній осі напрямку (рис.1). Це завданням

стереобачення, якщо оптичні осі камер розміщені паралельно.

Рис.1. Приклад стереопари

Стереобачення є ефективним засобом відновлення тривимірної форми

об'єктів і відстаней до них, що широко використовується в біологічних

системах зорового сприйняття.

При виявлення перешкод важливо мінімізувати час оброблення отриманих

даних з сенсорів, тому необхідно виконувати оброблення не всього зображення,

а його частини.

Зсув об'єкту в площині зображення на стереопарі відбувається уздовж тієї

ж осі, уздовж якої зміщена камера. Цей зсув називається диспаратність.

Значення диспаратності залежить тільки від дальності (глибини) до об'єкта,

але не напряму на нього. При цьому диспаратность не повинна бути

негативною (при одноково направлених оптичних осях камер), і вона дорівнює

нулю при нескінченній (досить великий) віддаленості об'єкта.

Завдання стереобачення зводиться до ототожнення точок лівого

зображення (отриманого з лівої камери) з точками правого зображення

(отриманого з правого камери) при обмеженні, яке полягає в тому, що зв'язані

точки лежать на одній і тій же горизонтальної лінії.

Як правило, також відома інформація про діапазон можливої

диспаратності, що пояснює схема на рис. 2.


52

Рис.2. На правому зображенні відзначені регіони-кандидати, серед яких треба шукати

область, яка відповідає квадрату, виділеного чорним кольором на лівому зображенні

Реалізована апаратна частина системи показана на рис. 3.

Рис.3. Стереопара на Raspberry Pi

Для дослідження визначення відстані до об’єкту реалізований пристрій,

що представляє собою систему з двох камер та Raspberry Pi і програмне

забезпечення для захоплення та оброблення зображень з камери. При цьому

отримані числові значень відстані до об'єкта, який виконує роль завади.


1. СИСТЕМЫ КОМПЬЮТЕРНОГО ЗРЕНИЯ Учебно-методическое пособие по

лабораторному практикуму [ Електронний ресурс ] / А. С. Потапов, Р. О. Малашин – режим

доступу: https://books.ifmo.ru/book/734/sistemy_kompyuternogo_zreniya:_uchebno-

metodicheskoe_posobie_po_laboratornomu_praktikumu.htm. Назва з екрану.

https://books.ifmo.ru/book/734/sistemy_kompyuternogo_zreniya:_uchebno-metodicheskoe_posobie_po_laboratornomu_praktikumu.htm

https://books.ifmo.ru/book/734/sistemy_kompyuternogo_zreniya:_uchebno-metodicheskoe_posobie_po_laboratornomu_praktikumu.htm


53

ЕФЕКТИВНА ДЕМОДУЛЯЦІЯ ТА ІДЕНТИФІКАЦІЯ СИГНАЛІВ ІЗ

ФАЗОВОЮ МАНІПУЛЯЦІЄЮ В ЗАВДАННЯХ РАДІОМОНІТОРИНГУ

Круглик О. С.1, Семенов В. Ю.

2, к.ф.-м.н.

(Науковий керівник Калюжний О. Я., д.ф.-м.н., професор) 1Національний технічний університет України «Київський політехнічний

інститут імені Ігоря Сікорського», Радіотехнічний факультет 2Науково-дослідний відділ алгоритмів, ТОВ Дельта СПЕ, Київ, Україна

Демодуляція та ідентифікація сигналів є невід’ємними частинами сучасних

технологій радіозв’язку і відіграють ключову роль в надійності та якості обміну

інформацією [1]. Основним чинником вдосконалення класичних методів

синхронізації є наявність різного виду завад в каналі зв’язку, які роблять

складною, чи взагалі неможливою, обробку сигналу звичайним модемом.

Найбільш конкретним прикладом несприятливих умов радіоприймання є

приймання сигналу в третій точці (точка C на рис. 1). Необхідність прийому

сигналу в точці C виникає в задачах радіочастотного моніторингу та виявленні

терміналів, які незаконно використовують радіочастотний ресурс в

зарезервованих смугах частот.

Всі сучасні системи зв’язку працюють за принципом оцінки характеристик

каналу та погодження характеристик передавання відповідно до проведеної

оцінки [2]. Однак, в умовах приймання сигналу третьою стороною, зміна

характеристики основного каналу передавання значно ускладнює завдання

синхронізації.

Рис. 1. Схема приймання сигналу в третій точці.

Багато залежить від того наскільки можливим є перехоплення

характеристик основного каналу передавання, тому можливі такі шляхи


54

вирішення проблеми приймання сигналу в точці C:

1) При перехопленні характеристики каналу – знімається попереднє

спотворення і проводиться оцінка відвідного каналу.

2) Якщо характеристики основного каналу невідомі, то виникає потреба в

використанні алгоритмів демодуляції сигналів, після застосування яких

до прийнятого сигналу в точці C (рис. 1), чи в інших подібних

несприятливих умовах, стає можливим подальше декодування та

обробка інформації.

Наразі відомі такі популярні методи синхронізації як: еквалайзери,

алгоритми з прямою оцінкою параметрів (feedforward), алгоритми зі зворотною

петлею з автопідстроюванням (feedback) [3]. Для якісної синхронізації сигналу,

в каналі з несприятливими умовами, перелічені методи, в їх класичному

розумінні, є непридатними для застосування.

В даній роботі пропонуються нові методи ідентифікації та демодуляції

сигналів, в яких також будуть використовуватися особливості перелічених

класичних методів синхронізації, а також застосування нових методів оцінки

параметрів сигналу. Наприклад, feedforward алгоритми пропонується

використовувати для швидкої оцінки зміщення частоти, фази і часової затримки

сигналу для їх подальшого застосування в алгоритмах feedback, які є більш

стійкими до змін характеристик каналу. Важливим є перехід та зв’язок

оцінених параметрів з параметрами налаштування та коефіцієнтами фільтрів

зворотної петлі для якісної демодуляції за допомогою feedback алгоритмів. При

демодуляції сигналів, які передаються за технологією TDMA, при

несприятливих умовах радіоприймання, гібридне застосування методів feedback

і feedforward є одним із вирішальних кроків для покращення якості демодуляції

отриманого сигналу.

В даній роботі розглянуто несприятливі умови радіоприймання сигналів з

фазовою маніпуляцією та перелічено основні відомі методи класичної

демодуляції, які застосовуються в сучасних модемах зв’язку. Обґрунтовано

необхідність додаткових досліджень та впровадження нових алгоритмів

синхронізації та ідентифікації сигналів. Крім того, вказані напрямки

дослідження і наведено приклад методу синхронізації, який дозволить

використовувати feedback алгоритми при демодуляції TDMA сигналів.


1. Скляр, Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение / Пер. с

англ. — 2-е изд, испр. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. — 1104 с. — ISBN 5-8459-

0497-8.

2. Хелд, Г. Технология передачи данных. — 7-е изд. — СПб.: Питер, 2003. — 720 с. —

ISBN 5-94723-472-6.

3. H. Meyr, M. Moeneclaey and S.A. Fetchel. Digital Communication Receivers, Wiley-

Interscience, New York, 1998. — 864 p. — ISBN 0-471-20057-3.


55

ЗАСТОСУВАННЯ КАЛМАНІВСЬКОЇ ФІЛЬТРАЦІЇ ПРИ ЗАВ'ЯЗЦІ

ТРАЄКТОРІЇ ЦІЛІ ЗА ДАНИМИ ІМПУЛЬСНО-ДОПЛЕРІВСЬКОЇ РЛС

Лакійчук А. П.

(Науковий керівник Жук С. Я., д.т.н., професор)




Широке поширення на практиці знаходять багатофункціональні

імпульсно-доплерівські (ІД) РЛС, в яких разом з вимірюванням дальності r ,

азимута , кута місця , також використовується інформація про радіальну

швидкість r [1].

Важливим етапом вторинної обробки радіолокаційної інформації є

виявлення траєкторії цілі, який також називається зав’язкою траєкторії [2].

Методам виявлення траєкторій цілі в літературі приділяється достатньо уваги

[2,3]. При цьому використовуються як евристичні, так і засновані на розрахунку

відношення функцій правдоподібності алгоритми. Але ж розміри стробів при

зав’язці часто обираються евристично, головним чином, на основі виміряних

координат можливих цілей.

Алгоритми калманівської фільтрації параметров руху цілі в сферичній

системі координат за даними ІД РЛС [2, 3] дозволяють ефективно

супроводжувати ціль на великих та середніх дальностях та не потребують

значних обчислювальних витрат. Це обумовлено тим, що оцінювання

параметрів цілі виконується роздільно за кожною координатою лінійними

фільтрами Калмана низького порядку.

Так, алгоритм калманівської фільтрації параметрів руху цілі в

далекомірному каналі описується виразами: * ˆ( ) ( ) ( 1)r ru k F k u k ; * ˆ( ) ( ) ( 1) ( ) ( )r r rP k F k P k F k Q k ;

* * 2 2 1( ) ( )( ( ) ( , ))r r r r VK k P k P k diag ; * *r

ˆ ( ) ( ) ( ) ( )r r rP k P k K k P k ;

И **

И *

( ) ( )ˆ ( ) ( ) ( )( )

( ) ( )r r r

r k r ku k u k K k

r k r k

.

Перевірка попадання виміряних координат И ( )r k , И ( )r k , И ( )k , И ( )k

відмітки в строб виконується за допомогою співвідношень:

И * * 211( ) ( ) ( ) ;r rr k r k p k

И * * 211( ) ( ) ( ) ;r Vr k r k p k

И * * 211( ) ( ) ( ) ;k k p k

И * * 211( ) ( ) ( ) ,k k p k


56

де *( )r k , *( )r k , *( )k , *( )k - прогнозовані значення координат цілі в

момент часу k ; *11 ( )rp k , *

11 ( )rp k , *11 ( )p k , *

11 ( )p k - дисперсії похибок прогнозу

координат цілі в момент часу k ; 2r , 2

V , 2 , 2

- дисперсії похибок

вимірювання координат цілі; - заданий коефіцієнт.

При попаданні в строб декількох відміток, простий спосіб «виділення»

істинної відмітки, який дає в багатьох випадках добрий результат, є виділення

відмітки, найближчої до центру стробу [2].

Перевагами зав’язки траєкторії в сферичній системі координат з

використанням алгоритмів калманівської фільтрації за даними ІД РЛС є:

1. Незначні обчислювальні витрати при реалізації алгоритмів

калманівської фільтрації.

2. Спільне використання вимірювань И ( )r k , И ( )r k в далекомірному

каналі дозволяє суттєво підвищити точність оцінки та прогнозу за координатою

дальності.

3. Формування оптимальних розмірів стробів в далекомірному каналі

з першого такту роботи пристрою виявлення, що дозволяє уникнути процедури

розгалуження траєкторій.

4. Простота передачі зав’язаної траєкторії на супровід.

В подальшому планується провести оцінку ефективності алгоритмів

зав’язки траєкторії цілі на основі евристичних критеріїв послідовних серійних

випробувань « /l n d » [3] з використанням калманівської фільтрації за

даними ІД РЛС за допомогою статистичного моделювання.


1. Верба. В.С. Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения.

Состояние и тенденция развития / В.С. Верба. – М.: Радиотехника, 2008. – 432 с.

2. Кузьмин С.З. Цифровая радиолокация. Введение в теорию / С. З. Кузьмин. — Киев:

КВіЦ, 2000. — 428 с.

3. Коновалов А.А. Основы траекторной обработки радиолокационной информации / А.

А. Коновалов. - Санкт-Петербург : Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2013.-164с..


57

ЕНТРОПІЙНИЙ АНАЛІЗ ПОШУКУ НЕРУХОМИХ ОБ’ЄКТІВ

Лозенко О. В., Островська Д. В.

(Науковий керівник Бичковський В. О., к.т.н., доц)




На сучасному етапі розвитку техніки та технології задачам ефективного

пошуку об’єктів відводиться значна увага[1,2]. Особливу складність пошук

об’єктів набуває в умовах радіоелектронної протидії, яка призводить до

інформаційного конфлікту[3].

Розглянемо ситуацію, яка виникає в умовах пошуку нерухомих об’єктів,

рівномірно розподілених в заданому районі. Спостерігач рухається постійним

курсом та з постійною швидкістю. Вважається, що спостерігач знаходиться в

точці О, веде пошук та виявляє всі об’єкти, які попадаються в коло радіусом

R[1]. Якщо L – відхилення об’єкта від точки О, β – курсовий кут, то можна

записати

sinl R (1)

Щільність ймовірності відхилення

1

1( ) , ,

2W l lє R R

R

(2)

Визначаємо щільність ймовірності 1 ( )W :

1 1( ) ( )W d W l dl

1 1( ) ( )

dlW W l

d

(3)

На підставі залежностей (1), (2), (3) знаходимо

1

1( ) cos

2W

(4)

що співпадає з відомим результатом [1].

Апріорна ентропія курсового кута


58

2

1 1

2

( ) ln ( )H W W d

(5)

На підставі формул (4),(5) знаходимо .

Нехай – ентропія навмисних завад, створених протилежною стороною

конфлікту. Тоді кількість інформації I про курсовий кут:

zI H H (6)

Ентропійні потужності:

1exp (2 )

2z zP H

e

(7)

1exp (2 )

2zP H

e

(8)

На підставі залежностей (6), (7), (8) визначаємо:

1ln( )

2 z

PI

P

(9)

Приймаючи до уваги формулу (5), знаходимо : 2Pe

Визначимо умову повного руйнування інформації. Приймаючи , на

підставі співвідношення (6) та умови ln2H , визначаємо ln2.zH Отже,

необхідна ентропійна потужність завади 2zP

e

Таким чином, на підставі ентропійного підходу до аналізу процесу пошуку

об`єктів визначено ентропію та ентропійну потужність сигналу курсового кута

об`єкта, встановлено умову повного руйнування інформації в конфліктній

ситуації, яка виникає при деструктивному впливі навмисних завад. Отримані

результати дають можливість оцінити деструктивний вплив навмисних завад на

інформацію щодо курсового кута об`єкта. Вони доповнюють існуючі

результати щодо аналізу пошуку об`єктів та можуть використовуватись для

оцінювання ефективності пристроїв та систем спостереження.


1. Горбунов В.А. Эффективность обнаружения целей/ В.А. Горбунов. – М.:Воениздат. -

1979. -160 с.

2. Модели пространственного и частотного поиска. Монография. Под ред. Ю.Л.

Козирацкого. – М.: Радиотехника. -2013. -344 с.

3. Теоретические основы радиоэлектронной борьбы. Учебное пособие / А.М.

Куприянов, А.В. Сахаров. –М.: Вузовская книга. -2007. -356 с.


59

МАКЕТ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ СІХ ФІЛЬТРУ

Маленчик Т. В.

(Науковий керівник Мирончук О. Ю., ас.)




Багато сучасних технологій, таких як мобільний зв’язок, медичні та

телевізійні системи, навіть автомобільна галузь не обходяться без цифрової

обробки сигналів. Тому для вивчення основних принципів цифрового

оброблення сигналів та оволодіння практичними навичками актуальним

завданням є розробка лабораторного макету, який дав би змогу зрозуміти та

наглядно продемонструвати результат роботи СІХ фільтру. Структурна схема

макету зображена на рис.1.

Рис.1 Структурна схема приладу для дослідження СІХ фільтру на платі

TMDSEVM6678L

Для легшого та швидшого виконання роботи коефіцієнти СІХ фільтру

будуть генеруватися в середовищі Matlab, за допомогою програмного пакету

Filter Designer, де будуть обрані основні параметри майбутнього фільтру

(рис.2).

Рис 2. Вікно програми Filter Designer


60

Після синтезу потрібного фільтру, дані будуть передаватися на плату

TMDSEVM6678L за допомогою інтерфейсу UART. Сам СІХ фільтр

реалізований за прямою структурою (рис.3).

Рис 3. Структурна схема СІХ фільтра

Фільтрація буде проводитися на цифровому процесорі TMS320C6678, який

підтримує обчислення в цілочисельному форматі та в форматі з плаваючою

крапкою. Сам СІХ фільтр можна представити у вигляді простої згортки

коефіцієнтів фільтра та відліків вхідного сигналу.

Для підвищення ефективності використання ресурсів пам’яті сигнального

процесора в процесі фільтрації буде використаний алгоритм циклічного буфера.

Так як зсування усіх значень вибірок сигналу вправо після кожної операції

множення веде до швидкого використання усієї пам’яті, то доцільніше

представити нашу пам’ять у вигляді замкнутого (циклічного) масиву. В такому

випадку використані значення вхідного сигналу будуть перезаписуватись

новими вхідними даними. Це дозволить уникнути виходу за межі попередньо

виділеної пам’яті і покращити ефективність використання ресурсів сигнального

процесора.

Після закінчення фільтрації, спектри відфільтрованих сигналів можна буде

подивитися у програмному середовищі Code Composer Studio (CCS) або на LCD

дисплеї.

В майбутньому розроблений макет буде оптимізовуватися і

використовуватись для дослідження СІХ фільтрів. Він дозволить студентам

краще зрозуміти алгоритми втілення СІХ фільтрів та опанувати навички для

роботи з платою TMDSEVM6678L.


1. N Dahnoun. Multicore DSP. From algorithms to Real-time Implementation on the

TMS320C66xx SoC / Dahnoun Naim. - Chichester: Wiley, 2018. - pp. 515 -540.

2. Welch T. Real-Time Digital Signal Processing from Matlab to C with the TMS320C6x

DSPs / T. Welch, C. Wright, M. Morrow. - Boca Raton: CRC Press, 2012 - pp. 31–52.


61

НОВІ ХВИЛЕВІДНО-ПЛАНАРНІ СМУГОВІ ФІЛЬТРИ ІЗ ЗНАЧНИМ

РОЗШИРЕННЯМ СМУГИ ЗАГОРОДЖЕННЯ

Матяш Є. B., Романенко Т. В.

(Науковий керівник Омеляненко М. Ю., ст. викл.)




Запропоновані вперше в роботі [1] планарні фільтри на поздовжній

індуктивній діафрагмі в Е – площині прямокутного хвилеводу (скорочено Е –

площинні фільтри) з часом зайняли провідне місце серед селективних

пристроїв короткохвильової частини сантиметрового, міліметрового і ближньої

частини терагерцового діапазону. Повсюдному застосуванню Е – площинних

фільтрів заважає їх відносно вузька ширина смуги загородження, яка типово

складає 40 ÷ 45% від значення центральної частоти смуги пропускання і

посереднє значення загасання в ній.

Хоча подоланню зазначених недоліків було присвячено значну кількість

робіт (наприклад [1], [2]), вони, як правило, дають незначне покращення

характеристик фільтра, або результат досягається шляхом істотного погіршення

його технологічності.

Дана робота є результатом розвитку напрямку покращення характеристик

фільтра, запропонованого в [3], який полягає використанні в якості його

елементів резонаторів із ступінчатою зміною імпедансу (SIR), які були

запропоновані в [4] з метою застосування в дециметровому і сантиметровому

діапазонах довжин хвиль.

Базовим елементом зазначених фільтрів є резонатор зі ступінчатою

зміною імпедансу, реалізований на основі хвилевідно-щілинної лінії (ХЩЛ,

рис. 1а), еквівалентна схема якого зображена на рис. 1б.

Видно, що неоднорідний резонатор

утворений двома індуктивними смужками

довжиною 1

w , 2

w і двома секціями ХЩЛ,

причому ширина щілини 2

w у високоомній

секції дорівнює розміру вузької стінки

хвилевода b, а глибина пазів для встановлення

підкладинки в хвилевідну камеру s<<b.

Комплексні опори 1Zн , 2Zн відображають

зв’язки резонатора із зовнішніми лініями і

пов’язані із відповідними коефіцієнтами

відбиття співвідношеннями

0 1 1/Zнi Z i Г Гi i

. Припускаючи, що

а

б

Рис.1


62

1Гi , знаходимо 0

2

iZнi j Z i ctg

; i = 1,2. Підставляючи ці значення в умову

резонансу 0Zвх Zвх (тут Zвх , Zвх – вхідні опори зліва і справа в довільному

поздовжньому перерізі резонатора), одержимо рівняння для зв’язку

електричних довжин 1 ,

2 при резонансі:

22 2

, (1)

де 11 2z

arctg R tg

; 02 01/z

R Z Z .

Повна електрична довжина резонатора 1 2p

досягає мінімуму за умови

12

1

2z

arctgR

. (2)

Одночасно набуває максимуму і смуга частот між основним і

першим вищим типом коливань резонатора. Це добре видно із рис. 2, де

представлені результати розрахунку залежності відношення 2 1/ ff від

нормованої електричної довжини 1 . На цьому ж рисунку представлені

розраховані залежності

від 1 сумарної довжини

резонатора p

. При

розрахунках частота

основного типу коливань

підтримувалася

постійною.

Розраховані у

термінах теорії довгих

ліній особливості в повній

мірі проявляються і у

реальній електродинамічній основі запропонованих фільтрів. Так, на рис. 3

представлені результати розрахунку частотної характеристики синтезованого

неоднорідного резонатора на ХЩЛ із відношенням довжин секцій 2 1

/l l 0,2 і

опорів z

R 2. Розрахунки виконані для розмірів 1

s 3,45 мм, 2

s 1,7 мм, 1

w 1

мм, 2

w 5,5 мм, товщини діелектричної підкладинки d 127 мкм, значення

діелектричної сталої 2,4, товщини металізації підкладинки 35 мкм.

Планарну структуру поміщено в хвилевід з розмірами axb=11x5,5 мм. Для

порівняння на тому ж рисунку представлено характеристику традиційного

(однорідного) резонатора із тією ж навантаженою добротністю.

Рис.2


63

На рис. 4 для порівняння наведені характеристики робочого загасання

синтезованих двохрезонаторних фільтрів із однаковою смугою частот

пропускання ( 0,3 ГГц, 0

f 17,25 ГГц).

Таким чином, зазначені нові хвилевідно – планарні фільтри в значній мірі

долають суттєвий недолік традиційних фільтрів цього класу, значно

розширюючи смугу частот загородження і при цьому зберігаючи високу

технологічність і конструктивну гнучкість останніх.


1. Budimir D. Novel waveguide filters using T-shaped resonators / D. Budimir, O.

Glubokov, M. Potrebic // Electronics Letters. — 2011. —Vol. 47, No 1. — P. 38.

2. Bondar D. Enhanced waveguide bandpass filters using S-shaped resonators / D.

Bondar, D. Budimir // International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering. —

2009. —19 (6). — P. 627 – 633.

3. Ежов А. В. Волноводно-планарные фильтры на неоднородных резонаторах. / А. В.

Ежов, М. Ю. Омельяненко — Сборник трудов международной научно-технической

конференции студентов, аспирантов и молодых учѐных [«Молодѐжь и современные

проблемы радиотехники»] (Севастополь, 24 – 29 апреля 2005 г.) / М-во образования и науки

Украины, Севастопольский национальный технический університет. — 2005. — с. 92.

4. Sagawa M. A Design Method of Bandpass Filters Using Dielectric-Filled Coaxial

Resonators / M. Sagawa, M. Makimoto, S. Yamashita // IEEE Trans. on MTT. — 1985. — Vol. 33,

No. 2. — P. 152–157.

Рис. 3

Рис.4


64

РЕЗОНАНСНА РЕШІТКА НА ОСНОВІ СМУЖКОВИХ АНТЕН ДЛЯ

ДІАПАЗОНУ ЧАСТОТ 36 ГГЦ

Мельник Т. Й.

(Науковий керівник Сушко О. Ю., PhD., асистент)




Антени міліметрового діапазону хвиль набувають все більшої

популярності у системах передачі інформації та радарних системах, у зв’язку з

компактними розмірами та ширшою доступною смугою частот. В даній статті

розглядається антенна решітка, що складається з 9-ти узгоджених смужкових

елементів з послідовним живленням (рис. 1). В антені використовується

діелектрична підкладка товщиною 0.12 мм з відносною діелектричною

проникністю 2.3.

На (рис. 2) показана частотна залежність параметру для оптимізованої

антени.

Рис 1. Смужкова антенна решітка та вигляд її діаграми спрямованості у 3D

Антена узгоджена за рівнем -10 дБ у смузі частот від 35.846 до 36.048 ГГц,

тобто має робочу смугу 0.2 ГГц. На (рис 1.) крім геометрії антени показана

розрахована у CST Studio Suite 3D діаграма спрямованості.


65

Рис 2. Графік коефіцієнту відбиття

В Е-площині ширина діаграми спрямованості по рівню -3 дБ становить

10.6 градусів, тоді як в Н-площині – 83 градуси (рис 3). На частоті 36 ГГц

підсилення антени рівне 16.3 дБ, а рівень бічних пелюсток становить -21.7 дБ та

-30.3 дБ в Е- та Н-площині відповідно.

Рис 3. Діаграми спрямованості в Е- (зліва) та Н-площині (справа) у полярній системі

координат

Проаналізовано характеристики випромінювання та узгодження

структури із 9-ти смужкових елементів. Ці результати задовольняють вимоги та

є підґрунтям для побудови більшої решітки, такої як 4х9.


1. F. Oktafiani. Analysis of Printed Patch Antenna Array for 37 GHz Point-to-Point Wireless

Links / F. Oktafiani, Yusuf N. Wijayanto // The 22nd Asia-Pacific Conference on Communications

(APCC2016), 2016.

2. Wang Wei. A 77 GHz Series Fed Weighted Antenna Arrays with Suppressed Side-Lobes in

E- and H-Planes / Wang Wei, Xuetian Wang // Progress In Electromagnetics Research Letters, Vol.

72, 23–28, 2018.


66

ВИКОРИСТАННЯ МАШИННОГО НАВЧАННЯ ДЛЯ МОНІТОРИНГУ

СЕРЦЕВО-СУДИННОЇ СИСТЕМИ ЛЮДИНИ

Оркуша Л. Д.

(Науковий керівник Могильний С. Б., к.т.н., доцент)




Останнім часом машинне навчання дуже швидко розвивається. Зараз воно

присутнє майже у всіх сферах життя людини, а однією з невід’ємних його

складових є медицина [1]. В роботі представлена модель машинного навчання,

в якій аналізуються дані ЕКГ людини з різними відхиленнями в роботі серцево-

судинної системи та робиться припущення щодо можливого діагнозу. Модель

не розрахована на самостійну діагностику людьми без медичної освіти, а

розроблена для того, щоб звернути увагу лікаря на можливу проблему.

Наразі вже існує розроблена мобільна модель для моніторингу стану

серцево-судинної системи людини. Вона складається з [2]:

- мікрокомп’ютер Raspberry Pi 3;

- ЕКГ-модуль AD8232;

- дисплей з підключенням HDMI;

- аналогово-цифровий перетворювач ADS1115.

Але дана система лише знімає дані електрокардіограми та обробляє їх. Для

того, щоб вона була здатна робити певні висновки з отриманих даних, її

потрібно цьому навчити. Саме для цього було використане машинне навчання.

То що ж таке машинне навчання? На відміну від класичного

програмування, в машинному навчанні система навчається, а не програмується

явно. Їй передаються багато чисельні приклади, що мають відношення до

задачі, яка потребує розв’язку, а вона знаходить в цих прикладах статистичну

структуру, що дозволяє системі виробити правила для автоматичного

вирішення задачі. Ці правила потім можна застосувати до нових даних для

отримання оригінальних відповідей (чи як їх називають в термінології

машинного навчання – передбачення) [3].

Машинне навчання тісно пов’язане із статистикою, але на відміну від неї,

працює із значно більшим об’ємом даних, до яких майже неможливо

застосувати класичні методи статистичного аналізу. Саме тому машинне

навчання не має потужного математичного підґрунтя, а засноване виключно на

інженерних рішеннях.

Для того, щоб створити модель для машинного навчання, необхідно:

тренувальні дані (приклади з міткою), дані для перевірки (приклади без мітки,

що мають лише певні ознаки) та функція, що підраховує похибку.

Розроблена модель натренована за допомогою бібліотеки TensorFlow, що є

основою системи машинного навчання Google. Бібліотека реалізована на основі


67

мови програмування С++ та має зручний інтерфейс прикладного

програмування для Python, а також інтерфейс для С++, що користується

меншою популярністю. TensorFlow використовувалась в оболонці Keras –

високорівневій API для побудови та тренування моделей глибинного навчання.

В якості тренувальних даних були використані дані, зняті за допомогою

мобільної системи моніторингу стану серцево-судинної системи людини,

описаної вище, а також дані, що були взяті із загальнодоступних медичних

архівів [4]. Необхідність використання додаткових архівів даних зумовлена

тим, що для високоякісного навчання моделі та в подальшому коректної її

роботи з високою ймовірністю правильних передбачень потрібна велика

кількість тренувальних даних.

Модель побудована за послідовною структурою в Keras. Тренування

відбувалося за допомогою масивів Numpy, що містили вхідні дані та мітки. В

якості оптимізатора використаний Adam (градієнтний метод першого порядку,

що заснований на адаптивних оцінках моментів перших порядків). Функція

втрат – categorical_crossentropy (перехресна ентропія категорій). Також

використана функція точних вимірювань. В результаті, отримана модель має

високу ймовірність передбачення правильної мітки (виду відхилення) при

визначенні можливих проблем в стані серцево-судинної системи людини.

Досягнені максимальні значення: втрати < 2.4%, а точність

передбачення > 99%.

Отже, тепер цілком завершена модель мобільного моніторингу стану

серцево-судинної системи людини. Вона може знімати ЕКГ, обробляти

результати, а навчена модель машинного навчання, що завантажена в цю

систему, може їх аналізувати та ставити попередній діагноз. Це може значно

пришвидшити діагностику серцевих захворювань.


1. Machine Learning for Medical Diagnostics – 4 Current Applications (Машинне навчання

для медичної діагностики – 4 можливі застосування) [Електронний ресурс] / Сенаар К. —

доступно за посиланням: https://emerj.com/ai-sector-overviews/machine-learning-medical-

diagnostics-4-current-applications/. Назва з екрану.

2. Івченко Д.С. Алгоритми машинного навчання для моніторингу серцево-судинної

системи людини / Івченко Д. С.// Магістерська дисертація — Київ, 2018. – с.26 – 36.

3. Ніколенко С. І. Глубокое обучение. Погружение в мир нейронных сетей. (Глибинне

навчання. Занурення у світ нейронних мереж) / Ніколенко С., Кадурін А., Архангельська Є. –

Санкт-Петербург: Питер-2018. – с. 6 – 30.

4. ECG Heartbeat Categorization Dataset (Набір даних для категоризації ЕКГ)

[Електронний ресурс] / Фазелі Ш. — доступно за посиланням: https://www.kaggle.com/shayanfazeli/heartbeat


68

ОСОБЛИВОСТІ SIP ПРОТОКОЛУ У КОНТЕКСТІ БЕЗПЕКИ

ПЕРЕДАВАННЯ ІНФОРМАЦІЇ

Павленко Є. В.

(Науковий керівник Дюжаєв Л. П., к.т.н., доцент)




Послуги передачі голосу через мережі передачі даних (Voice over Internet

Protocol, VoIP) рік за роком стають все більш популярними. Це пов’язано з

тим, що багато компаній середнього та малого бізнесу виявляють інтерес до IP-

телефонії, яка дає можливість зниження витрат на телефонний зв'язок. Це

призводить до того, що для передачі голосової інформації найчастіше

використовуються загальнодоступні канали передачі даних такі як, публічна

мережа Інтернет, зростає актуальність аналізу захищеності протоколів,

використовуваних в роботі VoIP. Також варто зазначити, що IP-телефонія не

вимагає прокладки нових комунікацій, так як для неї використовуються існуючі

підключення до мережі Інтернет.

Загалом, повідомлення протоколу SIP – це сукупність текстових рядків в

кодуванні UTF-8. Потім за допомогою запитів клієнт повідомляє про поточне

місцезнаходження, запрошуючи користувачів взяти участь в сеансах зв'язку,

таким чином модифікує вже встановлені сеанси, завершує їх. Відповіді на

запити повідомляють про результат обробки або передають запрошену

інформацію. Структуру відповідей і їх види протокол SIP успадкував від

протоколу HTTP.

Але, на відміну від інших протоколів IP-телефонії, sip-протокол

використовує текстовий формат повідомлень, що робить його більш

універсальним.[1]

Переваги використання SIP протоколу цілком очевидні, але мають ряд

особливостей, які варто зазначити.

Можливість розширення. За рахунок можливості додавання в протокол нових

заголовків можна вводити нові функції. Навіть якщо пристрою не відомий

заголовок, то він просто ігнорується, а робота сервісу не порушується.

Масштабованість. Збільшення числа абонентів при розширенні мережі.

Мобільність. Доступ до сервісу можна отримати з будь-якого місця, досить

тільки підключитися до Інтернету і зареєструватися на SIP-сервері,

використовуючи персональний ідентифікатор

Говорячи про безпеку, протокол SIP досить складний, тому його реалізація

часто має багато вад, що призводять до уразливості VoIP-системи. Дефектами

реалізації стека стають програмні помилки, наприклад, при перевірці розміру

запиту протоколу, що призводять до того, що зловмисник може зробити

наступні атаки [2]:


69

Відмова в обслуговуванні (Denial of Service). Атаки типу «відмова в

обслуговуванні» можуть приймати різні форми і можуть бути запущені з

використанням різних методів. Найпростішим прикладом подібної атаки є

повінь мережі величезною кількістю трафіку певного типу

Руйнування сесії (Tearing Down Sessions). Руйнування сесії є проблемою,

але не настільки масштабної і критичною, як атаки типу «відмова в

обслуговуванні». Зловмисники можуть перехоплювати запити від різних

абонентів і запросто відправляти повідомлення BYE у відповідь (як якби він

прийшов від проксі-сервера або іншого мережевого елемента).

Фальсифікація тіла повідомлення (Tampering with Message Bodies). Так як

SIP-повідомлення передаються в текстовому форматі, зловмисникові

абсолютно не обов'язково мати декодер для маніпуляції з повідомленнями.

Перехоплення реєстрації (Registration Hijacking). SIP-повідомлення

передаються в мережі відкритим текстом і будь-яка людина, що має комп'ютер,

підключений до мережі, і деякі знання в області IT, може перехоплювати

повідомлення без особливих зусиль. Це відрізняє SIP від біт-орієнтованих

протоколів, які передають фрейми, які пізніше групуються і декодуються в

повідомлення.[3]

Після вдалої реєстрації зловмисника (використовує дані реального

користувача) всі дані, які були призначені абонентського пристрою

користувача, будуть направлятися до зловмисника.

І навіть після того, як легітимний користувач змінить місце розташування і

пройде реєстрацію заново, у зловмисника достатньо інформації для

підключення до мережі в будь-який час і не грає ролі навіть місце.

Частково вищеописані атаки можна знівелювати при використанні

протоколу Secured SIP (SSIP, SIP / TLS), що працює за аналогією з протоколом

HTTPS, коли між кореспондентом і сервером організовується SSL-тунель з

використанням сертифікатів і відкритого ключа, однак не всі провайдери VoIP

використовують такий тип підключення.


1. Гольдштейн В.С., Пинчук А.В., Суховицкий А.Л. IP-Телефония. – М.: Радио и связь,

2001. – c. 336.

2. Гольдштейн Б.С., Зарубин А.А., Саморезов В.В. Протокол SIP. – БХВ, 2005. – c. 390.

3. Perea R.M. Internet Multimedia Communication Using SIP. – Morgan Kaufmann

Publishers, 2008. – c. 601.


70

СИСТЕМА ВІДДАЛЕНОГО КЕРУВАННЯ КЛІМАТИЧНИМИ

ПАРАМЕТРАМИ В ПРИМІЩЕННІ

Петровський А. А.

(Науковий керівник Могильний С. Б., к.т.н., доцент)




Сьогодні все більше і більше пристроїв використовують доступ до мережі.

Інтернет речей стає невід’ємною частиною нашого життя. Інтернет речей — це,

перш за все, замкнута екосистема, яка повинна працювати без участі людини

або з її мінімальним втручанням. В роботі пропонується реалізація комплексної

системи, за допомогою якої можна віддалено керувати різними пристроями [1],

які відповідають за кліматичні параметри.

Раніше була запрпонована система віддаленого керування кліматичними

параметрами приміщення [2], яка складалася з програмних модулів, написаних

на різних мовах програмування:

- модуль коду взаємодії з сенсорами (C++);

- модуль спільної бібліотеки для Android (Java) ;

- Android-додаток (Kotlin);

- програма-клієнт для RPi (Java) ;

- серверна частина (PHP).

Головними недоліками раніше розробленої системи були:

- Складність написання коду для взаємодії з сенсорами, оскільки

окрім мови знань С++ необхідно було знати JNI — спеціальну оболонку,

яка дозволяє виконувати C++ код в Java-програмах.

- Відсутність додатка на іОС та інших платформах.

- Складність написання спільної бібліотеки (модель даних для

кожного пристрою міститься в окремих бібліотеках).

- Необхідність перекомпіляції всієї системи віддаленого керування

при додаванні нового сенсора.

Для вирішення проблеми взаємодії коду Java (JVM) та С++ прийняте

рішення модифікувати головну бібліотеку, яка буде використовувати переваги

об’єктно орієнтованого програмування, а саме — створити головний об’єкт

(клас), який буде містити всі необхідні функції (методи) для конвертації

машинного коду в код JVM. Для цього розробнику необхідно написати код

отримання даних з сенсора та використати готові функції для їх конвертації.

Дана реалізація базується на тому, що для кожного сенсора створюється

окремий файл бібліотеки, який розміщується в теці nativelibs і який динамічно

завантажується в програму, написану на мові Java.


71

Відповідно до змін, які зроблені в головній бібліотеці, такі ж і зміни

необхідно реалізувати в спільній бібліотеці. Тобто, спільну бібліотеку

необхідну розділити на головну бібліотеку, яка містить головні функції

обробки даних, та додаткові бібліотеки для обробки даних, отриманих з

бібліотек в теці nativeLibs. Реалізація здійснюється за допомогою рефлексії —

можливості динамічно отримувати інформацію про програму або бібліотеку та

виконувати всі функції, які є в цій бібліотеці.

Використання динамічних бібліотек також вирішить проблему з

необхідністю постійної перекомпіляції всієї системи при внесенні певних змін

або додаванні сенсора. Для цього достатньо просто перекомпілювати необхідну

бібліотеку.

Рис 1. Архітектура проекту

Для вирішення проблем з мобільним додатком було оправданий перейти на

платформу Xamarin Forms. Ця технологія дозволяє писати єдиний код для

декількох платформ одночасно. Спрощена блок-схема архітектури проекту

зображена на рис. 1


1. Десять технологій, які потрясуть світ у найближчі десять років. [Електронний

ресурс]. Доступно за посиланням: http://isearch.kiev.ua/ru/-news-ru/-internet-ru/1187-ten-

technologies-that-agitate-the-world-in-the-next-ten-years. Останній вхід 29.04.2019

2. IoT, Android Things та хмара. [Електронний ресурс]. Доступно за посиланням:

http://isearch.kiev.ua/ru/searchpracticeru/-methodsinstruments/1949-iot-android-things-and-the-

cloud. Останній вхід 29.04.2019

Головна

бібліотека

Спільна бібліотека

Клієнт для RPi

Мобільний

клієнт

Бібліотеки для

кожного сенсора

Бібліотеки для

кожного сенсора


72

ВДОСКОНАЛЕННЯ РАДІОЛОКАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ ПОШУКУ

ЛЮДЕЙ ПІД ЗАВАЛАМИ

Почерпайло М. В.

(Науковий керівник Чмельов В. О., к.т.н., доцент)




За останні роки було розроблено безліч методів для досліджень надр землі.

Саме завдяки своїй ефективності та якості отримуваних результатів

підповерхнева радіолокація набула значного поширення [1].

Однією із задач застосування геолокатора є пошук людей під завалами.

Рис. 1 Радар-детектор людей під завалами.

Вище (рис. 1) зображений один зі зразків біогеорадарів, що широко

застосовується для пошуку людей, що опинилися під уламками під час завалів у

шахтах, пожеж, землетрусів, снігових лавин та інших стихійних або

промислових лих.

Відмінною технічною характеристикою даного приладу, є наявність

режиму виявлення по руху, який призначений для виявлення рухомих об'єктів

при веденні сканування через радіопрозорі перепони такі як цегляні,

залізобетонні або дерев'яні стіни, підлоги і т.п. [2].

Сучасні технології та методи пошуку дозволяють знаходити навіть

абсолютно нерухомих людей за коливаннями їх внутрішніх органів. Адже жива

людина так чи інакше створює деякі вібрації. Це можуть бути, наприклад,

серцебиття або підйом та опускання грудної клітини під час дихання. Радари

для пошуку, в основному, використовують доплерівські методи селекції

рухомих цілей (СРЦ), що засновані на відмінності доплерівських зсувів частоти

виокремленого корисного сигналу цілі і пасивних перешкод, обумовлених


73

відмінністю радіальних швидкостей цілі та завад. Для простоти можна вважати

завади нерухомими. Тоді лише радіальна швидкість цілі визначає доплерівське

зміщення частоти сигналу щодо перешкоди.

Для виділення доплерівського зсуву частота сигналу порівнюється з

частотою випромінюваного. Найпростіше це зробити в радіолокаційних

системах (РЛС), що випромінюють імпульсні зондувальні сигнали, які

забезпечують високу роздільну здатність. Однак точність виявлення залишає

бажати кращого [3].

Задля підвищення імовірності вірного виявлення та покращення

пошукових характеристик приладу є доцільним встановлення когерентного

накопичувачу сигналу після системи селекції рухомих цілей .

Рис. 2 Функціональна схема запропонованого когерентного радіолокатора

Таким чином, створення РЛС в яких буде використовуватися поєднання

пошуку людей під завалами на основі руху грудної клітини та биття серця (рис.

2), застосування когерентного накопичення сигналів дозволить підвищити

точність визначення місцезнаходження живих людей під завалами.


1. РАДАР-ДЕТЕКТОР "РД-400" [Електронний ресурс]. Доступно за посиланням:

http://www.geotech.ru/safety_equipment/bezopasnost/pribor_poiska_lyudej_pod_zavalami_radar-

detektor_rd-400/

2. Биорадиолокация, поиск людей под завалами [Електронний ресурс]. Доступно за

посиланням: http://uwbs.ru/tech/bioradiolokaciya-poisk-ludei-pod-zavalami/

3. Радиотехнические системы: Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника»/Ю. П. Гришин,

В. П. Ипатов, Ю. М. Казаринов и др.; Под ред. Ю. М. Казаринова. — М.: Высш. шк., 1990. —

496 с.

http://uwbs.ru/tech/bioradiolokaciya-poisk-ludei-pod-zavalami/


74

СИСТЕМА ГЕОРАДАРІВ ПІДПОВЕРХНЕВОЇ РАДІОЛОКАЦІЇ ДЛЯ

ЗБІЛЬШЕННЯ ТОЧНОСТІ ДОСЛІДЖЕННЯ

Почерпайло М. В.





Підповерхнева радіолокація – це один із видів радіолокації, що

призначений, в першу чергу, для вивчення неглибокої поверхні землі,

будівельних матеріалів, доріг або мостів.

Цей геофізичний метод може забезпечити створення докладного

тривимірного зображення підземного шару грунту, а також дозволяє отримати

точні оцінки глибини розташування багатьох найбільш поширених підземних

об'єктів. Крім того, георадар може надати дані про природу та властивості

об'єктів, що сховані під землею [1].

Рис. 1- Приклад радарограми

На рисунку приведений приклад радарограми (рис. 1), отриманої під час

георадіолокаційного дослідження.

Проте, як ми можемо побачити, отримані в результаті роботи дані не

надають достатньо чіткої інформації та мають досить велику імовірність

помилкового виявлення.

Задля вирішення цієї проблеми та покращення точності результатів,

пропоную створення георадіолокаційної системи, яка буде складатися з двох


75

передавальних та приймальних антен. Ці антени мають бути розташовані таким

чином, щоб їхнє випромінювання було спрямоване перехресно. При цьому

частоти випромінювання першої та другої антен мають відрізнятися [2].

.

Рис. 2 Система двох георадарів

На (рис. 2) зображено схему системи, що складається з двох георадарів.

У результаті дослідження, виконаного за допомогою такої системи ми

отримаємо два пакети даних, виміряних при різних частотах.

Завдяки порівнянню та апроксимації даних, отриманих з обох частин

системи ми матимемо значно більшу імовірність вірного виявлення об’єкту

пошуку.

Отже, очевидно, що застосування запропонованої системи є більш

доцільним через кращу точність та якість результатів дослідження.


1. Ground Penetrating Radar Fundamentals [Електронний ресурс]. Доступно за

посиланням: https://cluin.org/download/char/GPR_ohio_stateBASICS.pdf

2. Basics and Application of Ground-Penetrating Radar [Електронний ресурс].

Доступно за посиланням: https://www.researchgate.net/publication/221927920_Basics_and_Appl

ication_of_Ground-Penetrating_Radar_as_a_Tool_for_Monitoring_Irrigation_Process


76

АНАЛІЗ ВПЛИВУ КІЛЬКОСТІ ДАТЧИКІВ НА ТОЧНІСТЬ

ВИЗНАЧЕННЯ МІСЦЕПОЛОЖЕННЯ RFID-МІТОК

Притолюк П. Г.

(Науковий керівник Товкач І. О., к.т.н.)




На сьогоднішній день все більшого значення набуває відстеження

переміщення об’єктів на певній території, ведення обліку товарів на

підприємстві, спостереження за рухом людей на підприємстві, в лікарні і тд.

Тому виникає необхідність використання систем визначення місцеположення,

які дають змогу з великою точністю визначити позицію об’єктів, а також

відслідковувати їх рух в межах певної території.

Найбільш поширеною системою позиціонування в замкненому приміщенні

є система на основі радіочастотної ідентифікації. Така система складається з

численних RFID-міток (RFID-tags), певної кількості датчиків вимінювання,

пристрою обробки отриманих результатів, пристрою збереження даних і

пристрою відображення для користувачів.

Датчики системи розташовані по периметру з координатами Д Д, , 1,i i

x y i n

[1]. Для визначення місцеположення RFID-міток використовується RSS (receive

signal strength) – вимірювання [2] на основі виміряних значень потужності

прийнятих сигналів. Модель прямого поширення, що враховує тільки загасання

сигналу і має вид:

0

0

10 lg ii i

RP P a v

R

,

де iP – виміряна i -м датчиком потужність отримана від мітки, що

знаходиться на відстані iR , 1,i n ; 0P – потужність сигналу на відомій відстані

0R ; a – коефіцієнт загасання в середовищі; iv – помилка вимірювання

потужності сигналу.

Точність визначення координат RFID-міток на основі RSS-вимірювань

залежить від помилок вимірювання потужності сигналів датчиками системи, а

також від кількості датчиків та розташування їх відносно RFID-міток.

Моделювання проведено при використанні від трьох до восьми датчиків з

розташуванням (рис. 1): Д1(-10;5), Д2(0;5), Д3(10;5), Д4(10;0), Д5(10;-5), Д6(0;-5),

Д1(-10;-5), Д8(-10;0). В якості показника ефективності використовувалось

сімейство ізоліній [3] кругових СКВ ( )tr R , де R – кореляційна матриця

похибок оцінки координат RFID-міток.


77

Рис 1. Місцеположення датчиків та сімейство ізолінії СКВ помилки визначення

місцеположення RFID-міток

На рис. 1 зображено отримані результати СКВ помилки визначення

місцеположення RFID-міток при використанні RSS-вимірювань від восьми

датчиків. СКВ помилок визначення місцеположення коливається в межах від 1

м до 1.7 м. При зменшенні числа датчиків СКВ помилок коливається від 2 до 7

метрів і носить нерівномірних характер.

Конфігурація з восьми датчиків дозволяє з високою точністю визначити

місцеположення RFID-міток і забезпечує рівномірну область покриття. При

подальшому збільшенні числа датчиків, істотного приросту в точності

визначення місцеположення RFID-міток не відбувається.


1. Савочкин Д. А., Гимпилевич Ю. Б. «Оптимізація розміщення антен для систем

просторової двовимірної RFID-локалізації», Радіоелектроніка, інформатика, управління.

2015 №2, 9с.

2. Yan Ge, Zhi Zheng, Bo Yan, Jiao Yang, Yuxuan Yang, Huipeng Meng ―An RSSI-Based

Localization Method with Outlier Suppress for Wireless Sensor Networks ―2 nd IEEE International

Conference on Computer and Communications, 2016, 5p.

3. Товкач И.О. Анализ влияния конфигурации сенсорной сети на точность определения

местоположения источника радиоизлучения при комплексном использовании TDOA- и RSS-

измерений /И.О.Товкач, С.Я.Жук // XІІ Міжнародна науково-технічна конференція

"Проблеми телекомунікацій" ПТ-2018: Збірник матеріалів конференції. К.: КПІ ім. Ігоря

Сікорського, 2018. — С.323 — 325.


78

СИСТЕМА АДАПТАЦІЇ ПРИЙМАЧА ГЛОБАЛЬНОЇ СИСТЕМИ

СПУТНИКОВОЇ НАВІГАЦІЇ ДО РОБОТИ В УМОВАХ ДІЇ АКТИВНИХ

ПЕРЕШКОД

Путієнко О. М.

(Науковий керівник Чмельов В. О.,к.т.н., доцент)




Суттєве розширення сфер використання супутникової навігації призвели

до активного розвитку навігаційних систем. Найрозповсюдженіші сфери

використання це великі транспортні вузли, енергетичні системи, магістральні

та телекомунікаційні системи. Значну роль відіграють у військовій сфері.

Рис.1 Діаграма направленості навігаційної прийомної антени (НПА)

Дестабілізація роботи глобальних навігаційних супутникових систем

(ГНСС) може призвести до порушення роботи інших вузлів, які залежать від

ГНСС. Через непрацездатність ГНСС можливі аварії на автомагістралях,

порушення роботи аеропортів чи судноплавних портів, фінансових чи

телекомунікаційних систем. Тому для навігаційного забезпечення управлінням

рухомими об’єктами необхідно забезпечити прийом інформації від трьох і

більше навігаційних супутників, як зазначено на рис.1. Крім того на

ефективність роботи ГНСС будуть впливати штучні або природні перешкоди

прийому сигналів від супутників.

Таким чином, постає актуальна задача адаптувати НПА до роботи в умовах

дії активних перешкод. Для цього в роботі проводиться розробка

спеціалізованої програми адаптації НПА з формування потрібної діаграми

направленості антени з метою придушення перешкод. Для адаптації діаграми


79

направленості фазованої антенної решітки (ФАР) в режимі реального часу буде

здійснено оптимальний вибір алгоритму на основі метода Віннера-Хопфа або

рекурсивного методу найменших квадратів в залежності від обмежень в яких

буде працювати НПА.

Рис. 2 Адаптивна ФАР

Принцип адаптації ФАР зображено на рис.2, з якого видно, що адаптація

буде здійснюватися шляхом зміни вагових коефіцієнтів в прийомних каналах

елементів ФАР.

Комплексний підхід до адаптації ФАР, в якому в залежності від умов

застосовуються метод Віннера-Хопфа або рекурсивний метод найменших

квадратів з обмеженнями дозволяє побудувати ефективну НПА. Для реалізації

зазначеного підходу розроблений алгоритм адаптації ФАР та створене

спеціалізована програма, яка може бути реалізована на платформі широкого

класу мікроконтролерів та міні комп’ютері Raspberry Pi.


1.…Тяпкин В. Н., Гарин Е. Н. Методы определения навигационных параметров

подвижных средств с использованием спутниковой радионавигационной системы

ГЛОНАСС : монография : Сиб. федер. ун-т. Красноярск, 2012.

2. …Пистолькорс А. А., Литвинов О. С. Введение в теорию адаптивных антенн. М. :

Наука, 1991.-272с.

3. …Дмитриев Д. Д. Исследование помехоустойчивости аппаратуры радионавигации //

Современные проблемы развития науки, техники и образования : сб. науч. тр. / под науч. ред.

М. А. Барышева, В. И. Кокорина. Красноярск : ИПК СФУ, 2009. С. 202–209.


80

ПРИЙМАЛЬНО-ПЕРЕДАВАЛЬНИЙ МОДУЛЬ Х-ДІАПАЗОНУ

Роман Л. О.

(науковий керівник Мартинюк С. Є., к.т.н., доцент)


«Київський політехнічний інститут»


В радарних системах використовується активна фазована антенна решітка

(АФАР). Основна частина АФАР — приймально-передавальний модуль

(ППМ).

Основні вимоги до ППМ: висока вихідна потужність, низькі напруги

живлення, малі габарити, низькі втрати на нагрів, низька ціна. У складі

радіолокаційної АФАР може бути декілька тисяч ППМ, тому вартість — це

основна перепона до масового доступу.

Є два основних варіанти реалізації ППМ: монолітне виконання (monolithic

microwave integrated circuits – MMIC), гібридне виконання. Сучасні модулі

намагаються виконати в монолітному виконанні, бо простіший процес

виготовлення, дуже мала кількість паразитних зв’язків.

На характеристики ППМ суттєво впливає напівпровідниковий матеріал, на

якому виконані активні частини ППМ, а також технологія виробництва. В

сучасних модулях найкращі частотні властивості має GaN. Галій Нітрид має

найвищу щільність потужності (5 ⁄ ) на відміну від GaAs ( ⁄ ),

а також кращу термопровідність [1]. В підсилювачах потужності застосовують

польовий транзистор із переходом «метал-напівпровідник» (MESFET),

польовий транзистор із високою рухливістю електронів (HEMT), а також із

псевдоморфним гетеропереходом (PHEMT). Вимоги до мініатюризації

пристроїв призвели до появи технології багатошарових плат LTCC (Low

Temperature Co-Fired Ceramic [2].

Пропонується власний варіант реалізації ППМ (рис. 1).

Рисунок 1. Блок-схема ППМ із наведеною компонентною базою


81

Пріоритетним завданням було знаходження доступних для України

компонентів.

В майбутньому передбачається захист приймального тракту. В якості

пасивного захисту застосовують діодний обмежувач [3].

Для експериментальних досліджень був розроблений та спроектований

тракт підсилення потужності в режимі передачі із двома каскади підсилення

(рис. 2). Тракт підсилює від 0 дБм до 30 дБм.

Рисунок 2. Розробка друкованої плати підсилювача потужності в середовищі Altium

Designer

Значну увагу приділялося узгодженню виводу мікросхеми із

мікросмужкою опором 50 Ом. Матеріал напряму визначає ширину дорожки.

Серед доступних матеріалів-ламінатів для друкованих плат НВЧ діапазону —

Neltec NH9348, товщиною 0.254 мм, діелектричною проникністю — 3.48.

Живлення драйвера підсилювача (перший каскад) — 5 В, а другого — 7 В.

Плата розміром 56х35 мм (рис. 3).

Рисунок 3. Друковані плати для підсилювача потужності.

Розглянуті основні вимоги до ППМ, варіанти реалізації, матеріали, що

застосовуються для виробництва ППМ. Розроблена структурна схема ППМ Х-

діапазону на доступних для України компонентах. Спроектований та

реалізований каскад підсилення потужності ППМ.


1. Sturdivant R. Transmit Receive Modules for Radar and Communication Systems / R.

Sturdivant, M. Harris. – Boston: Artech House, 2016. – 282 с. ISBN 978-1-60807-979-7,

2. Transmit/Receive Module Packaging: Electrical Design Issues / Bruce A. Kopp, Craig R.

Moore, Robert V. Coffman та ін.]. // Johns Hopkins APL TECHNICAL DIGEST. – 1999. – С. 70–

80.

3. GaN MMIC based T/R-Module Front-End for X-Band Applications / P. Schuh, H. Sledzik,

R. Reber та ін.]. // 2008 European Microwave Integrated Circuit Conference. – 2008. – С. 274–277.


82

ІНЖЕНЕРНО-ТЕХНІЧНИЙ ЗАХИСТ ОБ’ЄКТІВ ВІД ВИТОКУ

КОНФІДЕНЦІЙНОЇ ІНФОРМАЦІЇ ЗА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИМ

КАНАЛОМ

Сапов О. Є.





При використанні технічних засобів обробки інформації побічні

електромагнітні випромінювання, що виникають внаслідок недосконалості

електронної апаратури, створюють додатковий електромагнітний канал витоку

інформації, який може бути використаний для несанкціонованого доступу до

оброблюваної інформації з боку зацікавлених осіб. Це актуально при

обладнанні приміщень, призначених для обігу та обробки конфіденційної

інформації.

Основні чинники впливу на інформацію, що мають електромагнітну

природу наступні:

- електромагнітні випромінювання та поля в радіочастотному діапа-зоні,

функціонально властиві технічним засобам об'єктів інформати-зації;

- побічні та паразитні електромагнітні випромінювання;

- ненавмисні опромінення об'єктів інформатизації електромагнітними

полями техногенних джерел;

- електромагнітні впливи грозових розрядів і інших природних явищ;

- застосування технічних засобів радіоелектронної розвідки;

- використання закладних пристроїв для несанкціонованого доступу;

- навмисне блокування, знищення, спотворення інформації зовнішнім

силовим електромагнітним впливом з кримінальною метою.

Ці проблеми вирішуються електромагнітним екрануванням приміщень, в

яких розташовано системи обробки даних, що є ефективним засобом

інженерно-технічного захисту від витоку цієї інформації за електромагнітним

каналом.

Електромагнітний екран локалізує електромагнітні випромінювання (ЕМВ)

технічних засобів в межах екранованого приміщення, перешкоджаючи їх появу

в навколишньому просторі, знижує рівень ЕМВ до заданих величин,

унеможливлюючи несанкціоноване знімання інформації за межами

екранованого простору. Екранування забезпечує значне зниження впливу

зовнішнього навмисного електромагнітного опромінювання на персонал та

засоби обробки інформації з метою зняття або руйнування останньої. Це

обумовлює електромагнітну безпеку об'єкта.

Вимоги щодо захисту інформації від витоку за технічно створеними

каналами (електроакустичний канал, радіоканал, канал побічних ЕМВ та


83

наведень) задаються на стадії розроблення проекту. У зонах підвищеної

конфіденційності (кімнати переговорів, технологічні приміщення, в яких

циркулює інформація, призначена для службового користування) не повинно

бути вікон, наявні екрановані двері, повинна бути незалежна система

електроживлення. Будівництво такого об'єкта слід проводити з екранувальних

матеріалів (наприклад, бетону з електропровідним наповнювачем). Стіни мають

бути покриті гнучкими екранами, тканими з аморфних матеріалів або

електропровідними тканинами та металізованими плівками. Для запобігання

утворенню стоячих електромагнітних хвиль з частотами понад 1 ГГц,

приміщення оброблюють конструкційними радіопоглинальними матеріалами.

Сумарно коефіцієнт екранування правильно спроектованого приміщення може

бути більше 60 дБ в широкому частотному діапазоні.

Велике значення має екранування вже існуючих приміщень. В цьому

випадку для підвищення екрануючих властивостей використовується

струмопровідні лакофарбові покриття та струмопровідні шпалери, оздоблення

стін гнучкими багатошаровими екранами. Вікна оснащують металізованим

склом (диоксид олова) у металевих (металізованих) рамах, або, також

перекриваються металевими сітками, металізованими плівками та шторами з

металізованої тканини, яка має радіопоглинальні властивості у широкому

частотному діапазоні. Таким чином можна досягти коефіцієнту екранування до

20 дБ та вище. Загальна ефективність екрану лежить в межах 60…120 дБ. Більш

детально про особливості екранування приміщень можна подивитись в [1,2].

Автором спроектоване приміщення розміром 5м х 8м, яке має 2 вікна та 1

подвійні двері. Екранування приміщення здійснюється з використа-нням вище

описаних засобів. Розрахункове значення коефіцієнта екранування 60 дБ,

виміряне за допомогою пристрою Agilent E4402 сумісно з антеною АИ5-0 в

діапазоні частот 0.1…2000 МГц – 64 дБ.

Таким чином захист від витоку інформації з приміщень призначених для

обігу та обробки конфіденційної інформації можна забезпечити екрануванням

ЕМВ в приміщенні, що захищається, і це є ефективним інженерно-технічним

засобом від витоку цієї інформації.


1. Пігур Н.В. Методи електромагнітного екранування приміщень // ІУ Міжнар. конф.

молодих вчених Національного університету «Львівська політехніка» CSE-2010 ((Computer

science & Engineering 2010») – 2010. — С. 358–359.

2. Козловський В.В., Софиенко И.И. Экранирующие свойства современных материалов

// Вісник ДУІКТ. – 2009. – 7(3). — С. 233-245.


84

Рис 1. Траєкторії руху РПрМ

паралельними курсами із

визначеними дистанцією (d) та

інтервалом (I) між носіями

ВИЗНАЧЕННЯ КУТОВОЇ ПОПРАВКИ ПРИ ЗНАХОДЖЕННІ МІСЦЯ

РОЗТАШУВАННЯ НЕСАНКЦІОНОВАНОГО ДЖЕРЕЛА

РАДІОВИПРОМІНЮВАННЯ В УМОВАХ БАГАТОПОЗИЦІЙНОГО

ПРИЙОМУ ІНФОРМАЦІЇ

Соколов К. А.

(Науковий керівник Дружинін В. А., д.т.н., професор)




В умовах постійної змінності параметрів випромінювання і

мультистандартного використання частот виникає ризик масового

використання частот нелегальними передавачами мережі, параметри

випромінювання яких також будуть змінними, але замаскованими загальним

фоном випромінювань змінного характеру, притаманному для мережі в цілому.

Частина або весь частотний ресурс передавача, який обслуговує певний сектор

базової станції може бути використаний у іншому секторі, і, таким чином, через

слабкий сигнал на час запланованого вимірювання, ідентифікація і

вимірювання параметрів передавача стають неможливими. Подібно цьому

частотний ресурс нелегального передавача (наприклад, репітера) може бути

схований під особливий розклад використання РЧР, який передбачає

перерозподіл частотного ресурсу і його мультистандартне використання.

При наявності несанкціонованого джерела радіовипромінювання (НДРВ)

однією з головних задач є визначення основних параметрів сигналу, які є

апріорно невідомими. Постає

завдання визначення носійної

частоти випромінювання та

інших даних про НДРВ. З

вирішенням поставлених

завдань може впоратися

наступна мобільна система

(рис.1). Розглянемо її більш

детально. Така мобільна

система РМ може складатися з

n-носіїв, на борту яких

розміщена апаратура прийому

(радіоприймальний модуль —

РПрМ) та обробки сигналів.

Якщо РПрМ переміщається в

фіксованому напрямку зі змінною за

величиною швидкістю, тоді

гармонійна хвиля з реєструється на виході приймального елемента як частотно-

1нr

2нr

1гr

2гr

зd Vt

I1V

2V

nV

1

2

H

H

1

2

x

z

y

ДРВ

А

В


85

модульоване коливання. Його частота є функцією часу, яка описується

наступним виразом [3]:

1 1 11 / cosпр нf f V c (1)

де 1прf — частота прийому, нf — носійна частота, 1V — швидкість руху

РПрм, c — швидкість світла, 1 — кут приходу сигналу.

Відповідно для другого РПрМ можна записати

2 2 11 / cosпр нf f V c (2)

Для розв’язання системи рівнянь, що складається з рівнянь (1) та (2)

необхідно визначити кутову поправку . Беручи до уваги, що 1 2V V , I const

та d const можемо розв’язати геометричну задачу.

22 2 2

1 2

1 21 2

arccos2

г г з

г г

r r I d Vt

r r

(3)

де усі величини зазначені на рис.1, зt — час затримки сигналу.

Визначення даної поправки надає змогу переходити до питання

знаходження інших величин та апріорно невідомої інформації щодо НДРВ, а

саме носійної частоти, координат місцезнаходження НДРВ тощо.

Дана мобільна система РМ в якості носіїв РПрМ може використовувати

ДПЛА, які управляються з наземного пункту керування.

Загалом, для пошуку джерела завади необхідно зменшити загальну

невизначеність у параметрах випромінювання передавачів мережі за рахунок

використання додаткової інформації щодо випромінювання джерела завади,

отриманої від заявника і, також, шляхом попереднього вимірювання у місті

прояву завади. У цьому випадку за рахунок підвищення потужності сигналу

завади поряд із потужністю корисного сигналу у приймачі радіоконтролю

виникає можливість прицільного, більш детального аналізу спектру сигналу

завади і, таким чином, забезпечити більшу точність і надійність результатів

аналізу спектра і вимірювань.


1. Дружинін В. А. Проблеми формування та обробки радіолокаційної інформації в

системах радіобачення: монографія. - К.: Логос, 2013. – 230 с.

2. Дружинін В. А., Толюпа С.В., Наконечний В.С., Цьопа Н.В., Батрак Є.В. Методи та

алгоритми обробки і захисту інформації в радіолокаційних системах із змінною просторовою

конфігурацією: монографія. - К.: Логос, 2014. – 251 с.

3. Горбань І.І. Обробка гідроакустичних сигналів у складних динамічних умовах.:

монографія - К.: Науково-виробниче підприємство «Видавництво «Наукова думка» НАН

України», 2008. – 270 с.

4. Караваев В.В., Сазонов В.В. Статистическая теория пассивной локации. М.: Радио.

1987. P. 240 с.


86

CDMA В СИСТЕМАХ ЗВ’ЯЗКУ. ПЕРСПЕКТИВИ ТА РОЗВИТОК

Терещенко О. В.

(Науковий керівник Шпилька О. О., к.т.н., доцент)




CDMA (Code Division Multiple Access). Технологія мультидоступу з

кодовим розділенням каналів, в основі якої лежить ортогональне розділення

сигналів.Принцип полягає в розширенні спектра вихідного інформаційного

сигналу, яке може здійснюватися двома різними методами, "стрибків по

частоті" (FH — Frequency Hopping) та "прямої послідовності" (DS —

Direct Sequence), який заснований на використанні шумоподібних сигналів і

застосовується в більшості працюючих і перспективних системах CDMA.

Метод "прямої послідовності" , який зображено на рис.1, передбачає

модуляцію інформаційного сигналу кожного абонента єдиним і унікальним у

своєму роді псевдовипадковим шумоподібним сигналом (кодом), який і

розширює спектр вихідного інформаційного сигналу. Слід зазначити, що число

варіантів таких кодів досягає декількох мільярдів, що дозволило б створити

персональний зв'язок в масштабах нашої планети. В результаті проведення

цього процесу вузькосмуговий інформаційний сигнал кожного користувача

розширюється на всю ширину частотного спектра, виділеного для користувачів

мережі (база сигналу при цьому стає багато більше 1). У приймачі сигнал

відновлюється за допомогою ідентичного коду, в результаті чого відновлюється

вихідний інформаційний сигнал.

Рис. 1. Ззастосування методу для генерації сигналу


87

Таким чином сигнали інших користувачів для даного приймача

продовжують залишатися розширеними і сприймаються ним лише як білий

шум, що в найменшій мірі заважає нормальній роботі приймача. Структурна

схема організації CDMA зображена на рис.2.

Рис. 2. Структурна схема організації CDMA

Слід також сказати, що CDMA недарма широко використовується у

військових системах зв'язку, оскільки розширення спектра сигналів дозволяє

протидіяти навмисним штучним перешкодам. Якщо розширити базу

радіосигналу до дуже великих величин, то можна зробити його нижче рівня

шумів, які не зможе спостерігати потенційний противник. На приймальні же

стороні вихідний сигнал буде відновлений. Таким чином, подібні системи

можна було б використовувати (і такі системи існують), не заважаючи роботі

інших радіозасобів, використовуючи такий самий діапазон радіочастот. Однак

це не використовується в існуючих комерційних стільникових системах CDMA.


1. Harte Lawrence CDMA IS-95 for Cellular and PCS: Technology, Applications, and

Resource Guide, 1999.

2. Описание стандарта CDMA [Електронний ресурс] — Доступ за посиланням:

http://dimitriy-od.narod.ru/IS_95_1/CDMA_1.html

https://www.litmir.me/a/?id=122685

http://dimitriy-od.narod.ru/IS_95_1/CDMA_1.htm


88

СИНХРОННИЙ ДЕТЕКТОР З РЕГУЛЮВАННЯМ ФАЗИ

ОПОРНОГО СИГНАЛУ

Фесюк А. А.

(Науковий керівник Перегудов С. М., к.т.н., доцент)




Синхронне детектування широко використовується у радіоприймальній

апаратурі. Даний метод дозволяє інформацію із високочастотного

модульованого сигналу, що надходить з попереднього підсилювача А1 шляхом

помноження його на опорний сигнал генератора імпульсів G1 у синхронному

детекторі (СД) U1 та подальшим виділенням постійної складової сигналу у

ФНЧ Z1 (рис. 1).

Рис 1. Блок схема синхронного детектора

Особливістю такого детектування є його завадостійкість та властивість

виділяти корисний сигнал на фоні шуму, завдяки цьому існує можливість

застосування СД в радіометричних системах, що дозволяють вимірювати вкрай

слабкі сигнали, рівень потужності яких, як правило, нижчий за рівень власних

шумів системи. Подібні системи застосовуються в області надвисоких частот та

дозволяють реєструвати слабкі (Р ≤10-6

Вт) та дуже слабкі (Р ≤10-12

Вт) сигнали

і використовуються в багатьох сферах науки та техніки (радіобачення,

біомедицина, зондування земної поверхні тощо). Крім того, СД є складовою

частиною ряду мікросистемних пристроїв (гіроскопи та акселерометри)

Проте, чутливість СД, а відповідно й систем, до складу яких він входить

суттєво залежить від фазового зсуву між вимірюваним та опорним сигналом.

Перевірка СД показала, що при нульовому зсуві вихідна напруга СД

максимальна, при 180º вихідна напруга близька до нуля, а при зсуві у 90º

складає половину від максимальної. Проте теоретично врахувати зазначений

параметри практично неможливо. Тому актуальною є задача доповнити

конструкцію СД вузлом, що здійснює регулювання фази між сигналом, що

вимірюється, та опорним.

В процесі роботи був проведений аналіз відомих схем синхронного

детектування та фазообертачів. Основні схеми побудови синхронного

детектору широко описана у літературі (див. наприклад, [1]). Проте, в


89

представлених пристроях відсутня можливість регулювання фазового зсуву між

сигналами СД, що суттєво погіршує їх характеристики.

Тому є доцільним введення в схему СД пристрою додаткового зсуву фази,

який можна регулювати. Більш простим та надійним, на думку автора, є

пристрій, електрична схема якого зображена на рисунку 2.

Рис 2. Схема електрична принципова пристрою обертання фази

Принцип роботи фазообертача базується на властивостях резистивного

підсилювача [2]. Сигнали, що одночасно знімаються з колектора та емітера є

рівними за амплітудою, але протифазні. RC ланка забезпечує потрібний зсув

фази опорного сигналу. Коефіцієнт її передачі є комплексним числом, що

призводить до набігання різниці фаз між вхідною та вихідною напругами ( ) arctg( RC)

і змінюючи опір резистора, можна забезпечити потрібну фази сигналу.

Розроблений синхронний детектор опробовано в РС мм-діапазону, що

зменшило поріг чутливості системи до 10-14

Вт.


1. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. – 2-е изд.,

перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат., Ленингр. отд., 1988. – 304с.

2. Искуство схемотехники Том 2.. Авторы: Пауль Хоровиц (Paul Horowitz), Уинфилд

Хилл . Перевод с английского под редакцией М.В. Гальперина. (Москва: Издательство

«Мир». 1986) – 704 с.


90

ВИКОРИСТАННЯ ІНТЕРФЕЙСУ SPI НА КОМП’ЮТЕРАХ ПІД

УПРАВЛІННЯМ ОС LINUX

Шабалов І. Г.

(Науковий керівник Тарабаров С. Б. к.т.н., доцент)




В розробці сучасних електронних пристроїв та дослідницькій роботі часто

виникає необхідність обміну даними із модулями або мікросхемами давачів або

актюаторів. Такий обмін зазвичай відбувається за допомогою спеціальних

інтерфейсів зв’язку. У найпростішому випадку, засоби для обміну даними

вбудовані в середовище розробки, але найчастіше — необхідно розробляти

окрему спеціальну програму для обміну даними. Якщо ця програма працює

безпосередньо із периферією мікроконтролера — складностей виникати не

повинно, але у випадку коли така програма існує як окремий модуль на базі

операційної системи(ОС) — виникають складнощі, пов’язані із роботою з

такими інтерфейсами на базі ОС.

В популярній серед розробників електроніки операційній системі(ОС)

Linux за замовчуванням включено підтримку великої кількості комп’ютерної

периферії, через те що ця ОС є відкритою і її розробкою та підтримкою різної

периферії може зайнятися будь-який розробник. Але для починаючого

розробника не завжди очевидно, як на базі такої ОС зробити програму, що буде

використовувати периферійні модулі апаратної платформи.

В ОС Linux «будь-що є файл»[1]. І інтерфейси для обміну даними не стали

виключенням. Так, в дереві файлів можна знайти пристрої із назвою

/dev/spidev0.0, де перший нуль — це порядковий номер периферійного модулю,

а другий — порядковий номер лінії вибору пристрою на цій шині. Тобто якщо

апаратно в платформі існують два модулі Serial Peripheral Interface(SPI), кожен

з яких має можливість вести обмін даними із чотирма підпорядкованими йому

пристроями, тобто має чотири лінії вибору пристроя (англ. Chip Select, CS) — в

системі можна буде побачити файли із назвами /dev/spidev[0-1].[0-3].

У випадку написання своєї програми для роботи із, наприклад,

інтерфейсом SPI, у, так званому, просторі користувача ОС Linux, розробник має

менше можливостей використовувати апаратні засоби напряму: використання

прямого доступу до пам’яті (англ. Direct Memory Access, DMA), або апаратних

переривань (англ. Interrupts) в такому випадку не дозволяється. Для

застосування всіх апаратних можливостей платформи необхідно писати свою

програму в просторі ядра ОС Linux, але це потребує досить глибоких знань про

внутрішні механізми роботи операційних систем в цілому, та гарні знання щодо

створення драйверів пристроїв (англ. Linux Device Drivers, LDD), які, в свою

чергу, є модулями ОС (англ. Linux Kernel Modules, LKM). Але оскільки зазвичай


91

доступ до таких пристроїв з боку програм користувача є унікальним, а об’єм

даних, що поширюється за їх допомогою є порівняно малим — різниця у

швидкості роботи програми із використанням лише простору користувача, та

програми із використанням простору ядра ОС, не є помітною. Тому в

загальному випадку доцільніше використовувати перший підхід через його

простоту.

Оскільки репрезентацією пристрою інтерфейсу SPI є системні звичайні

системні файли — їх можна відкривати звичайним викликом системної функції

open(). Запис та зчитування даних з таких файлів пристроїв можна проводити

використовуючи системні функції write() та read(). Після закінчення роботи із

інтерфейсом необхідно закрити файл викликом функції close(). Досить

поширеною помилкою є нехтування закриванням системного файлу, що

призводить до помилок в подальшій роботі із пристроєм через те що системні

ресурси не були звільнені належним чином.

Для налаштування параметрів такого інтерфейсу необхідно скористатись

нетиповою для звичайного програмування функцією ioctl()[2]. Використовуючи

цю функцію користувач може передати їй наступні параметри для

налаштування:

- SPI_IOC_WR_MODE — налаштування режиму роботи інтерфейсу: за

яким фронтом зчитувати тактовий сигнал, та яким буде рівень на лінії

тактування у стані спокою на шині. Всього існує чотири режими[3];

- SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD — кількість бітів що буде передана

однією «порцією»: у типових модулях інтерфейсу SPI можливо два варіанти —

8 та 16 біт;

- SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ — вибір частоти тактування

периферійного модулю і, відповідно, швидкості передачі даних по інтерфейсу.

Налаштування залежить від конкретної апаратної платформи. Типові значення

лежать в діапазоні від одиниць кілогерц до сотень мегагерц;

- SPI_IOC_WR_LSB(MSB)_FIRST — встановлення порядку проходження

бітів інформації через середовище передачі даних. Існує два варіанти:

MSB(Most Significant Bit) — коли найстарший біт відправляється першим, а

також LSB(Least Significant Bit) — коли наймолодший біт відправляється

першим.

-


1. Explanation of ―Everything is a File‖ and Types of Files in Linux. [Електронний ресурс].

Доступно за посиланням: https://www.tecmint.com/explanation-of-everything-is-a-file-and-types-

of-files-in-linux/.

2. Ioctl, Linux Programmer's Manual. [Електронний ресурс]. Доступно за посиланням:

http://man7.org/linux/man-pages/man2/ioctl.2.html.

3. Introduction to SPI Interface. [Електронний ресурс]. Доступно за посиланням:

https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/introduction-to-spi-interface.html.

http://man7.org/linux/man-pages/man2/ioctl.2.html

https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/introduction-to-spi-interface.html


92

ГІСТЕРЕЗИСНИЙ РЕЖИМ РОБОТИ СПІНТРОННОГО

НАНООСЦИЛЯТОРА З ДВОМА ВІЛЬНИМИ МАГНІТНИМИ ШАРАМИ

Шинкар Є. О.

(Науковий керівник Прокопенко О. В., д.ф.-м.н., проф.)

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

Факультет радіофізики, електроніки та комп’ютерних систем

У зв’язку з тим, що традиційні спінтронні магнітні наноосцилятори

(СМНО) з одним вільним магнітним шаром (ВМШ) мають ряд суттєвих

недоліків, серед яких складність збільшення робочої частоти та потужності

таких осциляторів, було запропоновано СМНО з двома ВМШ [1, 2], в яких

можна досягти подвоєння частоти та потужності генерації. В даній роботі

розглядається вплив зовнішнього перпендикулярного магнітного поля

0,0,dc dcBB на такий СМНО.

Шляхом числового моделювання було розв’язано два зв’язаних рівняння

Ландау-Ліфшиця-Гільберта-Слончевського (ЛЛГС) [3, 4, 5] для верхнього та

нижнього ВМШ:

, ,γ α σi ieff i i G i i dc i i i i

d d

dt dt

m mB m m J m m p ,

де ,i t b — індекс, що відповідає верхньому t або нижньому b ВМШ, γ

— гіромагнітне відношення, ,eff iB — ефективне магнітне поле, αG — параметр

згасання Гільберта, σi — спін-обертовий коефіцієнт, ,dc iJ — густина сталого

керуючого струму, 0,0,1i p . Інші параметри системи відповідають

параметрам використаним у [2].

Було розраховано частоти коливань намагніченостей для верхнього tf та

нижнього bf ВМШ. На рис.1 а зображено залежність частоти коливань

магнітоопору СМНО g t bf f f від густини керуючого струму ,dc iJ для різних

значень зовнішнього магнітного поля dcB . Як можна бачити з рис.1 а, має

місце яскраво виражений гістерезис, утворений за рахунок існування верхнього highthJ (випадок, коли струм зростає) та нижнього

lowthJ (випадок, коли струм

спадає) порогів генерації, які мають різну природу.

На рис.1 б зображено польову залежність верхнього highthJ та нижнього

lowthJ порогів гістерезису, з якої випливає, що обидва пороги зростають зі

збільшенням dcB , причому ширина гістерезису також зростає з dcB . Поведінка

highdcthJ B пояснюється послабленням диполь-дипольного зв’язку між ВМШ

при зростанні dcB , а поведінка нижнього порогу lowth dcJ B — зміною величина


93

втрат енергії у системі при переході на різні траєкторії руху намагніченості за

різних dcB .

Рис 1. а) Залежність частоти генерації СМНО від густини керуючого струму, який зростає

або спадає. б) Польові залежності верхнього та нижнього порогів гістерезису.

Таким чином, показано, що прикладаючи до СМНО з двома ВМШ

зовнішнє магнітне поле 0,0,dc dcBB можна помітно впливати на величини

порогів генерації та ширину гістерезису і тим самим керувати діапазоном

робочих частот пристрою.


1. Rowlands G. Frequency-doubling spin-torque microwave oscillator / G.Rowlands, I.

Krivorotov // Abstracts of the 2009 APS March Meeting (Pittsburgh, PA, 2009). – 2009. –

BAPS.2009.MAR.W29.7.

2. Rowlands G. E. Magnetization dynamics in a dual free-layer spin-torque nanooscillator / G.

E. Rowlands, I. N. Krivorotov // Phys. Rev. B. – 2012. – Vol. 86, № 9. – P. 094425.

3. Slonczewski J. C. Current-driven excitation of magnetic multilayers / J. C. Slonczewski // J.

Magn. Magn. Mater. — 1996. — Vol. 159. — P. L1–L7.

4. Ландау Л. Д. К теории дисперсии магнитной проницаемости ферромагнитных тел / Л.

Д. Ландау // Собрание трудов / Л. Д. Ландау. — М.: Наука, 1961. — С. 128–143.

5. Gilbert T. A phenomenological theory of damping in ferromagnetic materials / T. Gilbert //

IEEE Transactions on Magnetics.— 2004.— Vol.40.— P. 3443 –3449.


94

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РАДІОЛОКАЦІЙНИХ СИСТЕМ

ОХОРОНИ ПЕРИМЕТРУ

Шмиговський П. Л.





Охорона периметра забезпечує захист на підступах до підприємства або

приватної ділянки та є першим рубежем захисту об'єкта. Через ряд обмежень

охорону периметра слід застосовувати в комплексі з іншими охоронними

системами та сигналізацією (відеоспостереження, охоронна сигналізація).

Кожен проект системи охорони периметру індивідуальний, його

доводиться розробляти для кожного об'єкта окремо. При проектуванні, виборі і

установці охоронної системи необхідно враховувати тип і лінію огорожі,

рельєф місцевості, місце розташування об'єкта захисту, площу території,

наявність рослинності, сусідство доріг та ліній електропередач.

Але найголовніше, це визначення переліку та характеристик імовірних

цілей, які повинна виявити та у разі порушення периметру подати сигнал

тривоги. Робота систем охорони периметру залежить від правильного вибору

тієї чи іншої системи, адекватної для даної огорожі, і від правильного монтажу.

Радіолокаційний метод виявлення заснований на використанні радіохвиль

певної частоти. Радіолокаційна станція, яка знаходиться в центрі об'єкту, що

охороняється, випромінює їх, або в заданому напрямку, або циркуляційно на

360˚. Основним аналоговим пристроєм для аналізу є імпульсний радіолокатор,

який працює в діапазоні сантиметрових хвиль. Аналіз здійснюється на основі

ефекту Доплера – коли відбиті хвилі рухаються, породжуючи цим великі

спотворення, більші ніж від статичного. Це є головною перевагою

застосовуваного методу – можливості контролю тільки рухомих об'єктів, що

повністю виключає перешкоди від статичних конструкцій навіть розташованих

між контрольованим периметром і ретран-слятором [1].

Частотний діапазон використовуваних радіохвиль дозволяє застосовувати

радіолокаційні системи (РЛС) спільно з іншими пристроями для контролю

периметра, в тому числі і бездротовими. Найбільш ефективно вони

поєднуються з системами перимет-рального відеоспостереження, до складу

яких входять тепловізори. Крім визначення рухомих цілей РЛС, охорона

периметра виконує і інші функції:

визначає точні динамічні координати порушника, оперативно вносить

зміни відповідно до його пересуваннями;

вимірює швидкість руху об'єкта;

може визначати клас деяких транспортних засобів (в основному наземних

і досить приблизно - легкові або вантажні автомобілі).


95

Дальність розпізнавання людини, у різних моделей, становить 1-1,5 км.

Дальність розпізнавання транспортного засобу, включаючи його координа- ти,

швидкість і напрямок – 1,5-3 км.

Сучасний рівень технічного розвитку безпілотних літаючих апаратів

(БПЛА) і дистанційно керованих дронів, а також їх доступність, привели до

виникнення цілого ряду загроз з повітря для об'єктів, що охороняються. І тут

мова йде не тільки про незаконну зйомку (комерційному, промисловому або

політичному шпигунстві), але і серйозну загрозу життя. На даний момент

БПЛА і дрони мають достатню вантажопідйомність для несення боєзаряду, що

представляє значну небезпеку. Саме тому, на вимого сучасності, все більш

актуальною постає задача розробки радіолокаційних комплексів, які будуть

здійснювати моніторинг простору навколо об’єкту охорони у вертикальній

площині на висоту не менше чим 1000 м [2].

Підвищити ефективність радіолокаційних систем охорони периметру

щодо виявлення повітряних об'єктів можна за рахунок обробки ортогональних

компонент поляризації прийнятого електромагнітного поля і селекції

ехосигналів цілей. В даному випадку необхідно використовувати РЛС, яка має

антенну систему, що складається з двох спрямованих антенних

елементів - компонентів горизонтальної та вертикальної поляризації. На основі

такої антенної системи можна сформувати комплексну діаграму направленості,

яка матиме дві основних пелюстки. Це забезпечить контроль простору одною

пелюсткою безпосередньо біля поверхні землі, а іншою пелюсткою контроль

простору на висоту 1000 м і більше [2, 3].

Поляризаційна обробка прийнятого сигналу РЛС є одним з можливих

шляхів підвищення ефективності виявлення рухомих об'єктів по їх

ехосигналам. Крім цього, поляризаційна обробка дозволяє отримати додаткову

інформацію для методів класифікації рухомих об'єктів по мікродоплерівським

сигнатурам виявлених ехосигналів [3].


1. Теорія радіолокаційних систем: підручник / Б. Ф. Бондаренко, В. В. Вишнівський, В.

П. Долгушин та ін. ; за заг. ред. С. В. Лєнкова ; Київ. нац. ун-т ім. Т. Шевченка. — 2-ге вид.,

доп. — К. : ВПЦ «Київ. ун-т», 2011. — 384 с. : іл. — Бібліогр.: с. 361—365 (51

назва).Радиолокационные системы / Бартон Д.

2. Козлов Н. И., Логвин А. И., Сарычев В. А. Поляризация радиоволн. Книга 2.

Радиолокационнаяполяриметрия. — М.: Радиотехника, 2007. – 640 с.

3. Канарейкин Д. Б., Павлов Н. Ф., Потехин В. А. Поляризация радиолокационных

сигналов. — М.: Сов. радио, 1966. — 440 с..


96

Видано на замовлення Радіотехнічного факультету Національного технічного

університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського».

Технічне редагування — Головня В. М.

Підп. до друку ______. Формат 60х841/16. Папір офс. Гарнітура Times.

Спосіб друку — ризографія. Ум.друк.арк. _______. Обл.–вид. арк.___. Наклад __ пр.

Зам. № _______.

__________________________________________________________________________

КПІ ім. Ігоря Сікорського ВПІ ВПК "Політехніка"

Свідотство ДК № 1665 від 28.07.2004 р.

03056, Київ, вул. Політехнічна, 14, корпус 15

тел. (044) 406-81-78

Documents

РАДІОЕЛЕКТРОНІКА В ХХІ СТОЛІТТІ · УДК 621 Наукове видання Матеріали ІІ Всеукраїнської науково-технічної