Архив рубрики: ФОП.17.02

Новый принцип построения высокочувствительных микроволновых радиометров по многоприемниковой схеме с применением нулевого метода измерений / New Principles of Construction of Highly Sensitive Microwave Radiometer Multi-Receiver Type of Zero Measurement Method

Филатов А. В. / Filatov, A.V.
Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники / Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1702-067075

Филатов А. В. Новый принцип построения высокочувствительных микроволновых радиометров по многоприемниковой схеме с применением нулевого метода измерений // Физические основы приборостроения. 2017. Т. 6. № 2(24). С. 67–75.
Filatov, A.V. New Principles of Construction of Highly Sensitive Microwave Radiometer Multi-Receiver Type of Zero Measurement Method // Physical Bases of Instrumentation. 2017. Vol. 6. No. 2(24). P. 67–75.


Аннотация: Рассмотрен новый способ построения микроволновых радиометров по многоприемниковой схеме с исполь- зованием в основе функционирования каждого прием- ного канала модифицированного метода нулевых изме- рений (принципа нулевого баланса). Особенностью работы радиометра является измерение всеми прием- никами сигнала антенны в одном спектральном диа- пазоне по принципу временного разделения приемных каналов. Это позволяет увеличить флуктуационную чувствительность радиометра до уровня идеального компенсационного радиометра полной мощности содно- временным достижением высокой стабильности изме- рений благодаря использованию в нем нулевого метода.

Abstract: The article describes the new principle of the microwave radiometers on multi-receiver scheme with the functioning of each receiver channel modified method of measurement of zero (zero-balance principle). A feature of the radiometer is the measurement of all the receivers antenna signal in a spectral range on the basis of time-division receiving channels. This increases the fluctuation sensitivity of the radiometer to the level of compensatory ideal radiometer full capacity while achieving high measurement stability through the use of its zero method.

Ключевые слова: микроволновый радиометр, многоприемни- ковый принцип построения радиометрических систем, нулевой метод, remote sensing, microwave radiometer, multi- receiver principle of the radiometric systems, микроволновый радиометр


Литература / References
  1. Волосюк В.К., Кравченко В.Ф., Кутуза Б.Г., Павликов В.В., Пустовойт В.И. Статистическая теория сверхширокополосных радиометрических устройств и систем // Физические основы приборостроения. 2014. Т. 3. №3(12). С. 5-65.
  2. Кутуза Б.Г., Данилычев М.В., Яковлев О.И. Спутниковый мониторинг Земли: Микроволновая радиометрия атмосферы и поверхности. М.: ЛЕНАНД, 2016. 336 с.
  3. Hersman, M.S., Poe, G.A. Sensitivity of the total power Radiometer wich periodic Absolute calibration // IEEE Transactions Microwave Theory and Technique. 1981. Vol. 29. No. 1. P. 32-40.
  4. Brown, S.T., Desai, S., Wenwen, Lu., and Tanner, A.B. On the long-term stability of microwave radiometers using noise diodes for calibration // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2007. Vol. 45. No. 7. P. 1908-1920
  5. Camps, A., Tarongi, J.M. Microwave radiometer resolution optimization using variable observation times // Remote Sensing. 2010. No. 2. P. 1826-1843 (www.mdpi.com/journal/remotesensing)
  6. Филатов А.В. Нулевой микроволновый радиометр с дополнительной широтно-импульсной модуляцией опорного сигнала после детектора // Радиотехника и электроника. 2005. Т. 50. № 4. С. 504-512.
  7. Филатов А.В. Каратаева Н.А Дмитриев В.Д. Микроволновый нулевой радиометр с комбинированной импульсной модуляцией // Измерительная техника. 2007. №3. С. 65-69.
  8. Филатов А.В. Новый подход к построению радиотехнических СВЧ-устройств пассивной локации на принципе синхронного совмещения двух видов импульсной модуляции // Доклады Томского гос. ун-та систем управления и радиоэлектроники. 2011. №2(24). Ч. 3. С. 20-26
  9. Alimenti, F., Bonafoni, S., Leone, S., and etc. A low-cost microwave radiometer for the detection of fire in forest environments // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2008. Vol. 9. No. 9. P. 2632-2643.
  10. Филатов А.В. Микроволновые радиометрические системы нулевого метода измерений. Изд-во: Томский гос. университет систем управления и радиоэлектроники, 2007. 273 с.
  11. Филатов А.В., Каратаева Н.А., Лощилов А.Г. Флуктуационная чувствительность микроволновых нулевых радиометров на основе комбинированной импульсной модуляции // Успехи современной радиоэлектроники. 2006. №10. С. 3-18.
  12. Бутакова С.В. Апертурные шумовые излучатели в микроволновой радиометрии // Успехи современной радиоэлектроники. 1997. №4. С. 3-26.
  13. Филатов А.В., Каратаева Н.А., Лощилов А.Г., Громов М.Ю. Использование полосовых фильтров для реализации нулевого метода измерений на базе комбинированной импульсной модуляции в микроволновых радиометрах // Доклады Томского гос. ун-та систем управления и радиоэлектроники. 2005. №4(12). С. 90-98.

Структура, модели и алгоритмы обработки сигналов высокопроизводительного многоканального измерительного комплекса / Structure, Models and Algorithms for Signal Processing of a High-Performance Multichannel Measuring System

Барышников А. А. / Baryshnikov, A.A.
Московский технологический университет / Moscow Technological University (MIREA)
Кузьмин В. И. / Kuzmin, V.I.
Московский технологический университет / Moscow Technological University (MIREA)
Тытик Д. Л. / Tytik, D.L.
Институт физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН / Frumkin Institute of Physical chemistry and Electrochemistry of RAS
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1702-076079

Барышников А. А., Кузьмин В. И., Тытик Д. Л. Структура, модели и алгоритмы обработки сигналов высокопроизводительного многоканального измерительного комплекса // Физические основы приборостроения. 2017. Т. 6. № 2(24). С. 76–79.
Baryshnikov, A.A., Kuzmin, V.I., Tytik, D.L. Structure, Models and Algorithms for Signal Processing of a High-Performance Multichannel Measuring System // Physical Bases of Instrumentation. 2017. Vol. 6. No. 2(24). P. 76–79.


Аннотация: Рассмотрена система требований к разработке пер- спективных многоканальных программно-измери- тельных комплексов с обработкой сигналов в реаль- ном масштабе времени. Представлены основные характеристики разработанного комплекса, его структуры, моделей, алгоритмов и программ, исполь- зуемых для обработки сигналов. Представлены реа- лизованные характеристики комплекса и перспек- тивы его практического использования.

Abstract: The system of requirements for the development of advanced software and multichannel measurement systems with signal processing in real time. The main characteristics of the developed system, its structure, model and software algorithms used for signal processing. Implemented characteristics of the complex and the prospects for its practical use.

Ключевые слова: парал- лельные вычисления, многоканальные системы, почти- периоды, почти-пропорции, distributed systems, parallel computing, multi- channel systems, almost-periods, парал- лельные вычисления


Литература / References
  1. IEEE 802.3TM: ETHERNET [Электронный ресурс]. URL: http://standards.ieee.org/about/get/802/802.3.html (дата обращения: 01.02.2017).
  2. Infinibandta :: Specification [Электронный ресурс]. URL: http://www.infinibandta.org/content/pages.php?pg=technology_faq.
  3. Two-Phase Commit Mechanism [Электронный ресурс]. URL: https://docs.oracle.com/cd/B28359_01/server.111/b28310/ds_txns003.htm#ADMIN12222 (дата обращения: 01.02.2017).
  4. Rastogi A., Dadheech A. Design and Development an Embedded System for Multichannel Data Acquisition for Use in Networked Monitoring System BT // Proceeding of International Conference on Intelligent Communication, Control and Devices : ICICCD 2016 под ред. R. Singh, S. Choudhury, Singapore: Springer Singapore, 2017. P. 1013-1018.
  5. Крупский В.Н. Введение в сложность вычислений / В.Н. Крупский, М.: Факториал Пресс, 2006.
  6. MPICH: A High-Performance, Portable Implementation of MPI [Электронный ресурс]. URL: http://www.mcs.anl.gov/project/mpich-high-performance-portable-implementation-mpi (дата обращения: 01.02.2017).
  7. CUDA Parallel Computing Platform [Электронный ресурс]. URL: http://www.nvidia.com/object/cuda_home_new.html (дата обращения: 01.02.2017).
  8. Munshi A. OpenCL Programming Guide / A. Munshi, B. Gaster, T.G. Mattson, J. Fung, D. Ginsburg, Addison-Wesley, 2012.
  9. ASIC basics tutorial [Электронный ресурс]. URL: http://www.radio-electronics.com/info/data/semicond/asic/asic.php (дата обращения: 01.02.2017).
  10. RASPBERRY PI 3 MODEL B [Электронный ресурс]. URL: https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-3-model-b/ (дата обращения: 01.02.2017).
  11. Videla A., Williams J.J.W. RabbitMQ in action / A. Videla, J.J.W. Williams, Manning, 2012.
  12. Rostanski M., Grochla K., Seman A. Evaluation of highly available and fault-tolerant middleware clustered architectures using RabbitMQ IEEE, 2014. 879-884 с.
  13. Кузьмин В.И. Модели и аогритмы анализа нелинейных колебаний с трендом / В.И. Кузьмин, А.Б. Самохин, А.Ф. Гадзаов, В.В. Чердынцев, М: МГТУ МИРЭА, 2015.
  14. Кузьмин В.И. Модели и методы определения параметров нелинейных процессов / В.И. Кузьмин, А.Б. Самохин, А.Ф. Гадзаов, В.В. Чердынцев, М.: МТУ, 2016.
  15. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике 1977.
  16. Гухман А.А. Введение в теорию подобия / А.А. Гухман, М.: Физматлит, 2010.
  17. Кузьмин В.И., Тытик Д.Л. Дискретность и непрерывность в свойствах физико-химических систем / Под ред. А.Ф. Гадзаов. М.: Физматлит, 2014.
  18. I2C-bus specification and user manual [Электронный ресурс]. URL: http://www.nxp.com/documents/user_manual/UM10204.pdf (дата обращения: 01.02.2017).
  19. Arduino — Introduction [Электронный ресурс]. URL: https://www.arduino.cc/en/guide/introduction (дата обращения: 01.02.2017).

Коллективная передача информации сверхширокополосным прямохаотическим ансамблем / Collective Transmission of Information with Ultrawideband Direct Chaotic Ensemble

Андреев Ю. В. / Andreyev, Yu.V.
Московский физико-технический институт (ГУ) / Moscow Institute of Physics and Technology
Дмитриев А. С. / Dmitriev, A.S.
Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН / Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of RAS
Лазарев В. А. / Lazarev, V.A.
Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН / Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of RAS
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1702-080089

Андреев Ю. В., Дмитриев А. С., Лазарев В. А. Коллективная передача информации сверхширокополосным прямохаотическим ансамблем // Физические основы приборостроения. 2017. Т. 6. № 2(24). С. 80–89.
Andreyev, Yu.V., Dmitriev, A.S., Lazarev, V.A. Collective Transmission of Information with Ultrawideband Direct Chaotic Ensemble // Physical Bases of Instrumentation. 2017. Vol. 6. No. 2(24). P. 80–89.


Аннотация: Исследуется возможность коллективной передачи информации в многоэлементных системах, объеди- ненных сверхширокополосными беспроводными хао- тическими каналами связи. Рассматривается передаю- щий ансамбль, представляющий собой группу согласо- ванно излучающих независимых прямохаотических передатчиков. Показано, что передающий ансамбль позволяет увеличивать излучаемую мощность про- порционально числу его элементов, что приводит к существенному увеличению дальности передачи.

Abstract: Collective transmission of information in multi-element systems is investigated, which elements are connected with ultrawideband wireless chaotic communication channels. A transmission ensemble is considered, represented by a set of synchronously broadcasting independent direct chaotic transmitters. The transmission ensemble is shown to increase transmission power in proportion to the number of the ensemble elements, which gives an essential increase of the distance range.

Ключевые слова: беспро- водная система связи, динамический хаос, коллектив- ный режим передачи, многоэлементный ансамбль, пря- мохаотическая передача информации, антенна, даль- ность передачи, ultra-wideband signal, wireless communications, dynamic chaos, collective transmission mode, multi-element ensemble, direct chaotic communications, antenna, беспро- водная система связи


Литература / References
  1. Siwiak, K., McKeown, D. Ultra-Wideband Radio Technology. Wiley, 2004. 264 p.
  2. FCC02-48, ET Docket 98-153, First Report and Order, April 2002.
  3. Решение ГКРЧ № 09-05-02 от 15 декабря 2009 г.
  4. Nikookar, H., Prasad, R. Introduction to Ultra Wideband for Wireless Communications (Signals and Communication Technology). Springer, 2009.
  5. Molisch, A. F. Wireless Communications. 2nd edition. Wiley, 2010.
  6. Di Benedetto, M.-G., Giancola, G. Understanding Ultra Wide Band Radio Fundamentals. 1st Edition. Prentice Hall, 2004.
  7. Silva Thotahewa, K. M., Redouté, J.-M. Ultra Wideband Wireless Body Area Networks. Springer, 2014.
  8. Sensor Networks and Configuration / Ed. by N.P. Mahalik. Springer 2007. ISBN 978-3-540-37364-3.
  9. Дмитриев А. С., Панас А. И., Старков С. О., Кяргинский Б. Е. // Радиотехника и электроника. 2001. Т. 46. № 2. С. 224.
  10. Дмитриев А. С. и др. Патент № 2185032 РФ. МПК H04K1/00. Способ передачи информации с помощью хаотических сигналов. Заявл. 06.10. 2000. Опубл. 10.07.2002.
  11. Дмитриев А. С., Панас А. И. Динамический хаос. Новые носители информации для систем связи. М: Физматлит, 2002. 252 с.
  12. Дмитриев А. С., Ефремова Е. В., Клецов А. В. и др. // Радиотехника и электроника. 2008. Т. 53. № 10. С. 1278.
  13. Дмитриев А. С., Ефремова Е. В., Лазарев В. А., Герасимов М. Ю. // Успехи современной радиоэлектроники. 2013. № 3. С. 19.
  14. Долуханов М. П. Антенны излучают. М.: Связь, 1973. 142 с.
  15. Сканирующие антенные системы СВЧ. Под ред. Р. Хансена. Т. 2, М.: Советское радио. 1969. 496 с.
  16. Баланис К. А., Иоанидес П. И. Введение в смарт-антенны. М.: Техносфера, 2012. 199 с.
  17. Гостюхин В. Л., Трусов В. Н., Гостюхин А. В. Активные фазированные антенные решетки. М.: Радиотехника. 2011.
  18. Хансен Р. С. Фазированные антенные решетки. 2-е изд. пер. с англ. под ред. А.И. Синани. М.: Техносфера, 2012.
  19. Шустер Г. Детерминированный хаос. М.: Мир, 1988.
  20. Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. 3-е изд. М.: Высшая школа, 2000. 462 с.
  21. Каплун В. А., Браммер Ю. А., Лохова С. П., Шостак И. В. Радиотехнические устройства и элементы радиосистем. Учеб. пособие. М.: Высшая школа, 2002. 294 с.
  22. Калитеевский Н. И. Волновая оптика: Учеб. пособие для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1995. 463 с.
  23. Мешков В. В. Основы светотехники. Учеб. пособие для ВУЗов. Ч. 1. 2-е изд. М.: Энергия, 1979. 368 с.
  24. Lazarev, V., Andreev, Yu., Dmitriev, A., and Efremova, E. // Proc. 2013 Int. Symp. Nonlinear Theory and its Applications (NOLTA2013). Santa Fe, USA, September 8-11. 2013. P. 221.
  25. Дмитриев А. С., Лазарев В. А., Герасимов М. Ю., Рыжов А. И. // Радиотехника и электроника. 2013. Т. 58. № 12. С. 1160.
  26. Атанов Н. В., Дмитриев А. С., Ефремова Е. В., Кузьмин Л. В. // Радиотехника и электроника. 2006. Т. 51. № 12. С. 1454.
  27. Техническая документация на ИС AD8317ACPZ // www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD8317.pdf.
  28. Андреев Ю. В., Дмитриев А. С., Лазарев В. А., Рыжов А. И. // Успехи современной радиоэлектроники. 2013. № 3. С. 55.

О законе распределения сигналов рассогласования некоторых типов дискриминаторов / About the Distribution Law of Error Signals of Some Types of Discriminators

Машарова О. А. / Masharova, O.A.
Воронежский государственный университет / Voronezh State University
Радченко Ю. С. / Radchenko, Y.S.
Воронежский государственный университет / Voronezh State University
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1702-090097

Машарова О. А., Радченко Ю. С. О законе распределения сигналов рассогласования некоторых типов дискриминаторов // Физические основы приборостроения. 2017. Т. 6. № 2(24). С. 90–97.
Masharova, O.A., Radchenko, Y.S. About the Distribution Law of Error Signals of Some Types of Discriminators // Physical Bases of Instrumentation. 2017. Vol. 6. No. 2(24). P. 90–97.


Аннотация: В работе рассмотрена оценка параметров сигналов с помощью дискриминаторов. Для некоторых типов дискриминаторов исследовано поведение дискриминационной характеристики. Теоретиче- скими расчетами и статистическим моделирова- нием показано, что плотность вероятности про- цесса на выходе дискриминатора существенно негауссовская. Распределение процесса имеет«тяжелые хвосты» при конечных отношениях сиг- нал шум. Установлены границы применимости гауссовской аппроксимации выходной статистики.

Abstract: This paper considers the estimation of parameters of signals by using discriminators. For some types of discriminators we analyzed the behavior of discriminatory characteristics. Theoretical calculations and the statistical modeling shows that the probability density of the process at the output of the discriminator essentially non-gaussian. The distribution of this process has «heavy tails» at a small signal-to-noise ratio. Finally, established limits of applicability of the Gaussian approximation of the distribution of the output statistic.

Ключевые слова: дискри- минаторы, плотность вероятности оценки, негаус- совское распределение оценки, «тяжелые хвосты» распределения, статистическое моделирование, estimation of parameters of signals, discriminators, probability density of the estimation, non-Gaussian distribution of the estimation, «heavy tails» of distribution, дискри- минаторы


Литература / References
  1. Радиотехнические системы/ Ю.П. Гришин, В.И. Ипатов и др. Под ред. Ю.М. Казаринова. М: Высш. Школа, 1990. 496 с.
  2. Оценивание дальности и скорости в радиолокационных системах. Ч. 1 / под ред. А.И.Канащенкова и В.И. Меркулова. М: Радиотехника, 2004. 312с.
  3. Радиоавтоматика. Уч. пособие / В. А. Бессекерский, А.А. Елисеев и др. Под ред. В.А. Бессекерского. М: Высш. Школа, 1985. 271 с.
  4. Тихонов В. И. Статистическая радиотехника / 2-е изд. М.: Радио и связь, 1982. 624 с.
  5. Олвер Ф. Введение в асимптотические методы и специальные функции / Пер. с англ. Ю.А. Брычкова. Под ред. А.П. Прудникова. М: Наука. Глав.ред.физ.-мат.лит., 1990. 528 с.
  6. Шурыгин А. М. Прикладная стохастика: робастность, оценивание, прогноз. М.: Финансы и статистика, 2000. 224 с.

Растровые оптические системы для виртуального дисплея / Raster Optical Systems for Virtual Display

Путилин А. Н. / Putilin, A.N.
Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН / Lebedev Physical Institute of RAS
Чжэел Рю / Jaeyeol, Ryu
Московский физико-технический институт (Государственный университет) / Moscow Institute of Physics and Technology
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1702-098104

Путилин А. Н., Чжэел Рю Растровые оптические системы для виртуального дисплея // Физические основы приборостроения. 2017. Т. 6. № 2(24). С. 98–104.
Putilin, A.N., Jaeyeol, Ryu Raster Optical Systems for Virtual Display // Physical Bases of Instrumentation. 2017. Vol. 6. No. 2(24). P. 98–104.


Аннотация: Работа посвящена исследованию оптических свойств виртуальных дисплеев и применению растровых систем для существенного уменьшения их продоль- ного размера. Рассмотрены две оптические схемы. Первая строится по принципу формирования вирту- ального изображения только одного пикселя базо- вым элементом растровой системы. Вторая исполь- зует формирование виртуального изображения нескольких пикселей базовым элементом растровой системы. Для каждой cхемы дан анализ габаритных и изображающих характеристик оптических элемен- тов, а также общее максимальное разрешение опти- ческой системы такого типа виртуальных дисплеев.

Abstract: In this work, we studied the optical properties of virtual display, particularly, application of the raster systems to significantly reduce longitudinal size of optical system.Two schemes are considered. The first is based on the principle of forming virtual image of only one pixel by the base element of the raster system.In the second scheme uses formation of virtual image of a few pixels by the base elements of the raster system.For both scheme, we analyzed dimensions and imaging characteristics of the optical elements and maximum resolution of the optical system of this type of virtual displays.

Ключевые слова: микрозеркаль- ные растры, виртуальный дисплей, HMD, array optics, mirror, micromirror, microlens, virtual display, микрозеркаль- ные растры


Литература / References
  1. Bakaraju, R.C., Ehrmann, K., Papas, E., and Ho, A. Finite schematic eye models and their accuracy to in-vivo data, Vision Research, Vol. 48. Iss. 16. July 2008. P. 1681-1694. https://doi.org/10.1016/j.visres.2008.04.009
  2. Watkins, R. Zemax Models of the Human Eye, Zemax Knowledgebase, URL: http://www.zemax.com/os/resources/learn/knowledgebase/zemax-models-of-the-human-eye (дата обращения: 21.07.2017).
  3. João, M.P., Coelho, Baião, A, and Vieira, P. Development of an optical simulator of the human eye. Proc. SPIE 8785, 8th Iberoamerican Optics Meeting and 11th Latin American Meeting on Optics, Lasers, and Applications, 8785CS (November 18, 2013); doi:10.1117/12.2026173.
  4. Lingley, A.R., Ali, M., Liao, Y., Mirjalili, R., Klonner, M., Sopanen, M., Suihkonen, S., Shen, T., Otis, B.P., and Lipsanen, H. A single-pixel wireless contact lens display, Journal of Micromechanics and Microengineering, 2011. Vol. 21. No. 12. P.125014. doi:10.1088/0960-1317/21/12/125014

К 50-летнему Юбилею доктора физико-математических наук, профессора Марата Фатыховича Булатова / To the 50th Anniversary of Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor Marat Fatykhovich Bulatov

Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1702-001001

К 50-летнему Юбилею доктора физико-математических наук, профессора Марата Фатыховича Булатова // Физические основы приборостроения. 2017. Т. 6. № 2(24). С. 1–1.
To the 50th Anniversary of Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor Marat Fatykhovich Bulatov // Physical Bases of Instrumentation. 2017. Vol. 6. No. 2(24). P. 1–1.


Аннотация:

Abstract:

Ключевые слова:


Литература / References

Обзор исследований физики отказов для оценки показателей надежности радиоэлектронных приборов современных РЛС / Review of Studies on the Physics of Failures for Reliability Assessment of Electronic Devices Modern Radar

Сидняев Н. И. / Sidnyaev, N. I.
Московский государственный тех- нический университет им. Н. Э. Баумана / Bauman Moscow State Technical University
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1702-004052

Сидняев Н. И. Обзор исследований физики отказов для оценки показателей надежности радиоэлектронных приборов современных РЛС // Физические основы приборостроения. 2017. Т. 6. № 2(24). С. 4–52.
Sidnyaev, N. I. Review of Studies on the Physics of Failures for Reliability Assessment of Electronic Devices Modern Radar // Physical Bases of Instrumentation. 2017. Vol. 6. No. 2(24). P. 4–52.


Аннотация: Обзор посвящен вопросам повышения эффективности и надежности радиоэлектронного оборудования. Про- веден анализ существующих отечественных и зарубеж- ных методических подходов при испытании радиоэлек- тронных устройств (РЭУ), физики отказов с точки зре- ния оценки показателей надежности. Изложены аспекты случайных процессов в теории надежности, наработка на отказ и интенсивность отказов. Показаны области безопасной работы РЭУ, механизмы деградаци- онных отказов. Обоснованы основные факторы физиче- ской надежности мощных силовых микросхем и методы прогнозирования отказов полупроводниковых прибо- ров при помощи дробного дифференцирования. Прове- ден системный анализ эффективных методов стабили- зации поверхностного заряда в электронных структу- рах, моделей усталостного разрушения контактных сое- динений в полупроводниковых приборах, микроскопи- ческих контактов алюминиевого проводника в интегральных схемах (ИС), механизма отказа алюмини- евых межсоединений в ИС, токопроводящих элементов ИС в зависимости от конструктивных особенностей и технологических режимов. Изложены механизмы отказа мощных СВЧ транзисторов при рассогласовании. Проведена оценка влияния ионизирующих излучений на деградацию электрических параметров интеграль- ных логических схем, воздействия радиации на избы- точные шумы ИС с целью выявления дефектных прибо- ров РЭУ, а также доотказовой деградации арсенидогал- лиевых полупроводниковых приборов. Отказы кремни- евых планарных транзисторов изучены с использова- нием гамма-обработки. Систематизированы механизмы старения керметных резисторов. Определены параме- трические отказы непроволочных переменных рези- сторов и методы определения влияющих факторов физического прогнозирования. Неоднородные элек- трические поля показаны как причина отказа высоко- вольтных керамических малогабаритных конденсато- ров. Проведен анализ термоупругих напряжений с точки зрения механической деструкции и отказов высо- ковольтных высокочастотных керамических конденса- торов, механизмов нарушения электрической прочно- сти керамических конденсаторов высокого напряже- ния. Обоснована целесообразность совершенствования и внедрения РЭУ в разрабатываемый комплекс государ- ственных стандартов для проектирования РЛС.

Abstract: The review is devoted to the problems of improving the efficiency and reliability of electronic equipment. The analysis of existing domestic and foreign methods and procedures for testing electronic devices (ТED), failure physics from the point of view of an estimation of indicators of reliability. Describes aspects of stochastic processes in the theory of reliability, time to failure and failure rate. Shows the safe operating area of ТED, the degradation mechanisms of failures. The main physical factors of reliability of power circuits and methods for predicting failures of semiconductor devices using fractional dierentiation. A systematic analysis of the effective methods of stabilization of surface charge in electronic structures, models of fatigue fracture contact connections in semiconductor devices, microscopic aluminum conductor contacts in integrated circuits (IS), themechanismoffailureofaluminuminterconnects in IC, the conductive elements of IP, depending on design features and technological regimes. Described failure mechanisms high-power microwave transistors at the misalignment. The estimation of influence of ionizing radiation on the degradation of electrical parameters of integrated logic circuits, radiation exposure to excessive noise integrated circuits for the purpose of identifying defective devices REU, as well as goodenovii degradation arsenicalis semiconductor devices. The failure of silicon planar transistors studied using gamma processing. Systematic mechanisms of aging cermet resistors. Defined parametric failures neprosadochnyh variable resistors and methods for determining the influencing factors of physical prediction. Non-uniform electric field are shown as the cause of failure of high voltage ceramic small capacitors. The analysis of thermoelastic stresses from the point of view of mechanical degradation and failure of high- voltage high-frequency ceramic capacitors, mechanisms of violation of electric strength of ceramic high voltage capacitors. The expediency and areas for improvement and implementation of REU in currently developed a set of state standards for the design of the radar.

Ключевые слова: теория, случайные про- цессы, отказ, интенсивность отказов, безопасность, деградация, микросхемы, разрушение, соединение, эле- менты, нагрузка, дефекты, старение, качество, анализ, reliability, theory, random processes, failure, failure rate, safety, degradation, chip, fracture, compound, elements, load, defects, aging, quality, теория


Литература / References
  1. Теоретические основы радиолокации: Учебн. пособие для вузов / А.А. Коростелев, Н.Ф. Клюев, Е.А. Мельник и др.; Под ред. В.Е. Дулевича / М.: Сов. радио, 1978. 608с.
  2. Барзилович Е.Ю. Вопросы математической теории надежности. М.: Радио и связь, 1983. 376с.
  3. Червоный А.А., Лукъященко В.И., Котин Л.B. Надежность сложных систем. М.: Машиностроение, 1976. 286с.
  4. Сидняев Н.И., Мельникова Ю.С., Храпов П.В. и др. Влияние температурного режима криолитозоны на надежность оснований/Проблемы машиностроения и надежности машин. 2012. № 3. С. 81-88.
  5. Алексенко А.Г. Физический подход к проблеме надежности микроэлектронной аппаратуры // Изв. Вузов СССР. Радиоэлектроника. 1968. Вып. 7. С. 704-718.
  6. Десятов И.Б., Иванова Л.И., Рубаха Е.А. и др. Механизмы усталостной деградации структур мощных планарных приборов в импульсных режимах. Спецэлектроника. Сер 2, 1985, С. 111-121.
  7. Докучаев Ю.П., Синкевич В.Ф., Таран П.В. Разработка и производство СВЧ модулей для PЛC. Петербургский журнал электроники № 3-4, 2004 г. стр. 135-146.
  8. Малафеев С.Н., Копейкин А.И. Надежность технических систем. Примеры и задачи: Учебное пособие. СПб.: Издательство «Лань», 2012. 320с.
  9. Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем / пер. с англ. М.: Мир, 1980. 604с.
  10. Алексанян И.Т., Кривошапко В.М., Рубаник И.Т. Моделирование электромиграционных отказов элементов ИС на ЭВМ. Электронная техника. Сер.8. 1976-№ 6. С. 39-47.
  11. Половко А.М. Основы теории надежности. Практикум//А.М.Половко, С.В. Гуров. СПб.: БХВ-Петербург, 2006. 560с.
  12. Надежность технических систем: справочник// под ред. И.А. Ушакова. М.: Радио и связь, 1985. 608с.
  13. Рудзит Я.А. Основы метрологии, точность и надежность в приборостроении//Я.А. Рудзит, В.Н. Путалов. М.: Машиностроение, 1991. 303с.
  14. Пыхтунова А.А., Сопов О.В. Нестабильности в МДП-структурах: Обзоры по электронной технике. Сер. 2, Полупроводниковые приборы. М.: ЦНИИ «Электроника», 1977. 74с.
  15. Физическая энциклопедия/ под ред. А.М. Прохорова. В 6 т. М. Большая Российская энциклопедия, 1992. Т. 3. Магнитоплазменный-Пойтинга теорема. 672с.
  16. Фикс В.Б. Ионная проводимость в металлах и полупроводниках. М.: Наука. 1969. 295с.
  17. Булгаков О.М. Некоторые приложения декомпозиционных моделей мощных ВЧ и СВЧ транзисторов на основе изоморфно-коллективного подхода/О.М. Булгаков. Воронеж: Воронежский государственный университет, 2006. 236с.
  18. Горлов М.И. Геронтология кремниевых интегральных схем / М.И. Горлов, В.А. Емельянов, А.В. Строганов. М.: Наука, 2004. 240с.
  19. Булгаков О.М., Петров Б.К. Влияние геометрии монтажно-соединительных элементов на устойчивость мощных СВЧ транзисторов к рассогласованию с нагрузкой // Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах (метрология, диагностика, технология): материалы докладов XXXV Международного научно-технического семинара (Москва, 9-12 ноября 2004 г.). М.: МНТОРЭС им.А.С.Попова, МЭИ (ТУ), 2005. С. 83-87.
  20. Рыжкин А.А. Основы теории надежности: учебное пособие//А.А. Рыжкин, Б.Н. Слюсарь, К.Г. Шучев. Ростов-н/Д.: Издательский центр ДГТУ, 2002. 182с.
  21. Красулин Ю. Л, Назаров Г.В. Микросварка давлением. М.: Металлургия, 1976. 242с.
  22. Конский И.П., Горюнов Н.Н. Устройство для оптического контроля интегральных схем. М.: Сов. радио, 1978. 242с.
  23. Сидняев Н.И. Теория фазовых переходов и статистические явления механики наноструктурированных веществ// Вестник МГТУ. Спец. вып. «Наноинженерия. Приборостроение», 2010. С. 9-22.
  24. Шанк Ф. Структура двойных сплавов. М.: Металлургия, 1973, 115с.
  25. К теории электромиграционного разрушения тонкопленочных проводников: Реф. докл. Всесоюзн. совещания по физике отказов, 1975 г. / Институт проблем управления. М., 1975. 43с.
  26. Борицкая Л.H. Модель распределения ионов в пленке окисла полупроводника вблизи р-n перехода//Тр. МИИТа. 1955. Вып. 552. С. 45.
  27. Митчелл Дж., Уилсон Д. Поверхностные эффекты в полупроводниковых приборах, вызванные радиацией. М.: Атомиздат, 1970. 28с.
  28. Кернер Б.С. и др. Микроэлектроника. М.: Сов. радио, 1978. 188с.
  29. Федоров В.К. Контроль и испытания в проектировании и производстве радиоэлектронных средств // В.К. Федоров, Н.П. Сергеев, А.А. Кондрашин. М.: Техносфера, 2005. 504с.
  30. Рубаха Е.А., Синкевич В.Ф. Электронная техника. М.: Сов. радио, 1976. с. 119-128.
  31. Алексанян И.Т. и др; Электронная техника. М.: Сов. радио, 1976. с. 39-47.
  32. Чигогидзе Л.M. и др. Физика и техника полупроводников. М.: Сов. радио, 1972.. с. 18-32.
  33. Павлов И.В. Оценка надежности для модели ускоренных испытаний с переменной нагрузкой //Надежность, 2013. № 1. С. 68-79.
  34. Садыхов Г.С. Остаточный ресурс технических объектов и методы его оценки. М.: Знание, 1986. 50с.
  35. Конский И.И. и др. Устройство для оптического контроля интегральных схем. Авт. свид. № 594467, бюл. изобр. № 7, 1978.
  36. Управление качеством электронных средств / под ред. О.П. Гудкина. М.: Высшая школа, 1994. 414с.
  37. Воронков И.Е. и др. Электронная техника. М.: Сов. радио, 1977. с. 35-44.
  38. Сотсков Б.С. Основы теории и надежности элементов и устройств автоматики и вычислительной техники. М.: Высшая школа, 1970. 272с.
  39. Павлов И.В. Расчет показателей надежности в условиях переменного режима работы // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2012. № 5. С. 103-108.
  40. Богородицкий Н.П. и др. Высоковольтные керамические конденсаторы. М.: Сов. радио, 1970. 207с.
  41. Гедзюн В.А., Семенов А.И. Электрическая прочность радиокерамики при воздействии электрического поля низкой частоты. М.: Электронная техника, 1972. С. 28-42.
  42. Сидняев Н.И. Модели и методы оценки остаточного ресурса изделий радиоэлектроники / Г.С. Садыхов, В.П. Савченко, Н.И. Сидняев. Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. 382с.
  43. Мучник А.Н, Гиндикин С.Т. Решение проблемы полноты для систем функции алгебры логики с ненадежной реализацией, В сб. «Проблемы кибернетики». М.: Физматгиз, 1965. с. 48-62.
  44. Карибский В.В., Пархоменко П.П., Согомонян Е.С. Методы контроля и поиска неисправностей: В сб. «Абстрактная и структурная теория синтеза релейных систем». М.: Физматгиз 1966. С. 62-92.
  45. Сидняев Н.И., Мельникова Ю.С. Метод нахождения показателей структурной надежности/ Международная конференция «Теория вероятностей и ее приложения», посвященная 100-летию со дня рождения Б.В. Гнеденко (Москва, 26-30 июня 2012 года): Тезисы докладов Под. ред. А.Н. Ширяева, А.В. Лебедева. М.: ЛЕНАНД, 2012. С. 260-261.
  46. Бусленко Н.П., Шрейдер Ю А. Метод статистических испытаний. М.: Физматгиз. 1961. 344 с.
  47. Сидняев Н.И. Математическое моделирование оценки надежности объектов сложных технических систем// Проблемы машиностроения и надежности машин, 2003. № 4. С. 24-31.
  48. Сидняев Н.И., Мельникова Ю.С. Оценки статистических параметров распределений: Электронное учебное пособие: Методические рекомендации к домашнему заданию по математической статистике. 2012, МГТУ им. Н.Э. Баумана № 0321201235. Производитель ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана. Доступ из локальной сети Фундамент. б-ки МГТУ. Систем. требования: Power Point. URL: http://wwwcdl.bmstu.ru/fn1/ocenkispr.html (дата обращения: 27.04.2012).
  49. Стекольников Ю.И. Живучесть систем. СПб.: Политехника. 2002. 155с.
  50. Сидняев Н.И. Теория планирования эксперимента и анализ статистических данных: учеб. Пособие. М.: Юрайт, 2011. 399с.
  51. Острейковский В.А. Теория надежности. М.: Высшая школа, 2003. 463с.
  52. Сидняев Н.И., Савченко В.П., Клочкова Д.В. Анализ физики отказов для оценки показателей надежности радиоэлектронных приборов современных радиолокационных систем. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, вып. 12. URL: http://engjournal.ru/catalog/appmath/hidden/1149.html
  53. Садыхов Г.С. Гамма-процентные показатели эксплуатационной надежности и их свойства// Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1983. № 6. С. 185-187.
  54. Сидняев Н.И., Савченко В.П., Клочкова Д.В. Физические принципы и математическая модель управления индуктивным сопротивлением спутников в ионосфере планеты // Физические основы приборостроения. 2012. Т. 1. № 4. С. 98-105.
  55. Сидняев Н.И. Теория вероятностей и математическая статистика: учеб. пособие. М.: Юрайт, 2011. 310с.
  56. Павлов И.В Статистические методы оценки надежности сложных систем. М.: Радиосвязь. 1982. 182с.
  57. Садыхов Г.С. Показатель остаточного ресурса и его свойства// Изв. АН СССР. Техническая кибернетика, 1985. № 4. С. 98-102.
  58. Сидняев Н.И., Клочкова Д.В. Основные факторы эксплуатационной надежности мощных передающих установок. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, вып. 12. URL: http://engjournal.ru/catalog/appmath/hidden/1148.html
  59. Митчелл Дж., Уилсон Д. Поверхностные эффекты в полупроводниковых приборах, вызванные радиацией. М., Атомиздат, 1970. 28с.
  60. Маслов Я.А., Татарский В.Ю. Повышение надежности радиоэлектронной аппаратуры. М.: Советское радио, 1972. 260с.

Экранирование импульсных электромагнитных полей многослойными плоскопараллельными экранами с чередующимися магнитными и немагнитными слоями / The Shielding of Impulse Electromagnetic Fields by Multilayer Plane-Parallel Screens with Alternating Magnetic and Non-Magnetic Layers

Бондаренко В. Ф. / Bondarenko, V. F.
Белорусская государственная академия связи / Belarusian State Academy of Telecommunications
Ерофеенко В. Т. / Erofeenko, V. T.
Научно-исследовательский институт прикладных проблем математики и информатики / Research Institute for Applied Problems of Mathematics and Informatics
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1702-053066

Бондаренко В. Ф., Ерофеенко В. Т. Экранирование импульсных электромагнитных полей многослойными плоскопараллельными экранами с чередующимися магнитными и немагнитными слоями // Физические основы приборостроения. 2017. Т. 6. № 2(24). С. 53–66.
Bondarenko, V. F., Erofeenko, V. T. The Shielding of Impulse Electromagnetic Fields by Multilayer Plane-Parallel Screens with Alternating Magnetic and Non-Magnetic Layers // Physical Bases of Instrumentation. 2017. Vol. 6. No. 2(24). P. 53–66.


Аннотация: Разработана методика моделирования процессов прохождения импульсных ТЕ- и ТН-поляризованных электромагнитных полей через многослойный тон- костенный плоский экран с магнитодиэлектриче- скими проводящими слоями. Краевая задача экрани- рования сформулирована для уравнений Максвелла с использованием двухсторонних граничных условий, связывающих электромагнитные поля по обе сто- роны экрана. В качестве первичных полей, воздей- ствующих на экран, рассмотрены импульсные пло- ские осциллирующие экспоненциально затухающие поля с миллисекундным и микросекундным време- нем фронта. Импульсное поле за экраном представ- лено аналитически в интегральном виде. Разрабо- тана программа для численного исследования струк- туры импульсов в зависимости от слоистости экрана. Для количественной оценки экранирования вычис- лен коэффициент эффективности экранирования.

Abstract: A procedure of simulating the processes of TE- and TH- polarized electromagnetic fields penetrating the multilayer thin-shelled plane screen with magnetodielectric conducting layers is developed. The shielding boundary-value problem for Maxwell’s equations with the use of the two-sided boundary conditions connecting electromagnetic fields on both sides of the screen is formulated. Impulse plane oscillating exponentially damped fields with millisecond and microsecond front duration are considered in the capacity of primary fields acting upon the screen. The impulse field behind the screen is represented analytically in the integral form. A program for numerical investigation of impulses structure depending on the number of layers is developed. For quantitative estimation of shielding the coefficient of shielding effectiveness is computed.

Ключевые слова: крае- вая задача экранирования, уравнения Максвелла, двух- сторонние граничные условия, импульсные электромаг- нитные поля, преобразование Фурье, аналитические методы, вычислительный эксперимент, эффектив- ность экранирования, stratified plane screens, shielding boundary- value problem, Maxwell`s equations, two-sided boundary conditions, impulse electromagnetic fields, Fourier transform, analytical methods, numerical experiment, shielding, крае- вая задача экранирования


Литература / References
  1. Ринкевич А. Б., Устинов В. В., Ромашев Л. Н., Миляев М. А., Сидун Н. Н., Кузнецов Е. А. Высокочастотные свойства сверхрешеток Fe/Cr с тонкими слоями Cr на волнах миллиметровых диапазонов // Журнал технической физики. 2013. Т. 83, вып. 7. С. 146-152.
  2. Грабчиков С. С., Сосновская Л. Б., Шарапа Т. Е. Многослойный электромагнитный экран // Патент РБ № 11843 от 2009.01.28.
  3. Корчагин С. А., Терин Д. В., Кондратьева О. Ю., Романчук С. П. Многомасштабное моделирование диэлектрических свойств композитов слоистой структуры // Взаимодействие сверхвысокочастотного, терагерцевого и оптического излучения с полупроводниковыми микро-и наноструктурами, мета-материалами и биообъектами: материалы Всерос. научн. школы-семинара. Саратов: Изд-во «Саратовский источник», 2016. С. 56-58.
  4. Гринчик Н. Н., Достанко А. П. Влияние тепловых и диффузионных процессов на распространение электромагнитных волн в слоистых материалах. Минск: Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, 2005. 149 с.
  5. Гусев Е. Л. Математические методы синтеза слоистых структур. Новосибирск: Наука, 1993. 262 с.
  6. Аполлонский С. М., Коляда Т. В., Синдаловский Б. Е. Безопасность жизнедеятельности человека в электромагнитных полях. СПб: Политехника, 2006. 264 с.
  7. Ерофеенко В. Т., Кравченко В. Ф. Исследование поведения импульса поля электрического диполя атомарными функциями // Физические основы приборостроения. 2014. Т. 2. № 4. С. 53-56.
  8. Ерофеенко В. Т., Кравченко В. Ф., Юрин А. В. Численное исследование распространения в пространстве радиоимпульса электрического диполя // Физические основы приборостроения. 2014. Т. 3. № 2. С. 74-80.
  9. Ерофеенко В. Т., Бондаренко В. Ф. Искажение узкополосных электромагнитных сигналов при прохождении через биизотропный экран //Электроника ИНФО. 2013. № 6. С. 176-180.
  10. Ерофеенко В. Т., Прийменко С. Д. Моделирование воздейсвтия электромагнитных импульсов на полупространство с помощью интегральных граничных условий // Труды международной научно-технической конференции «Компьютерное моделирования в наукоемких технологиях». Харьков, 28-31 мая 2014. Харьков: Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина. С. 148-150.
  11. Аполлонский С. М., Ерофеенко В. Т. Эквивалентные граничные условия в электродинамике. СПб.: Безопасность, 1998. 416 с.
  12. Ерофеенко В. Т., Бондаренко В. Ф. Взаимодействие экспоненциально затухающих осциллирующих электромагнитных полей с многослойными композитными экранами // Вестник БГУ. Сер. 1. 2014. № 1. С. 62-67.
  13. Ерофеенко В. Т., Малый С. В. Дифракция плоской электромагнитной волны на плоскослоистой структуре из биизотропных материалов // Информатика. 2012. № 1. С. 58-65.
  14. Жук Н. П. Скаляризация электромагнитного поля в произвольно анизотропной плоскослоистой среде // Радиотехника и электроника. 1994. Т. 39. № 11. С. 1706-1715.
  15. Евельсон Р. Л. Метод решения задачи о распространении электромагнитных волн в многослойной плоскослоистой поглощающей анизотропной магнитодиэлектрической среде // Радиотехника и электроника 2000. Т. 45. № 6. С. 918-925.
  16. Ерофеенко В. Т., Козловская И. С. Аналитическое моделирование в электродинамике. М.: КД Либроком, 2014. 304 с.
  17. Брычков Ю. А., Маричев О. И., Прудников А. П. Таблицы неопределенных итнегралов. М.: Физматлит, 2003. 200 с.