сит как от типа и способа реализации схемы, так и от способа задания КФП и зависимости ее от режимов работы элементов, что существенно расширяет спектр возможных модификаций базовых элементов.
Расчетно - экспериментальное моделирование на базе аналитической формы автомата Бра-уэра и результаты экспериментов для структур КМОП БИС показали практически полное совпадение расчетных и экспериментальных результатов функциональных радиационных отказов БИС. При этом адекватность расчетов сводится к определению КФП.
Разработана расчетно-экспериментальная методика прогнозирования функциональных радиационных отказов на основе автомата Брауэра и приведен пример теоретических и экспериментальных результатов порога отказа КМОП БИС ОЗУ К1617РУ6 по критерию ив°Ь1Х.
ЛИТЕРАТУРА
1. Барбашов В. М., Трушкин Н. С. Взаимосвязь вероятностных и порядковых моделей при моделировании функциональной безопасности БИС // Безопасность информационных технологий (БИТ). — 2008. — Вып. 3. — С. 90—95.
2. Райнтке К. Модели надежности и чувствительности систем. — М.: Мир, 1979.
3. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств. — М.: Радио и связь, 1982. — 432 с.
4. Барбашов В. М., Трушкин Н. С. Функционально-логическое моделирование качества функционирования ИС при воздействии радиационных и электромагнитных излучений // Микроэлектроника. — 2009. — Т. 38, № 1. — С. 34—47.
5. Заде Л. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. — М.: Мир, 1976.
Вячеслав Михайлович Барбашов — д-р техн. наук, профессор кафедры "Электроника" Национального исследовательского ядерного университета МИФИ.
® (499) 323-90-34
E-mail: VMBarbashov@MEPHI.ru □
УДК 621.537.87
ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПАССИВНЫХ НЕЛИНЕЙНЫХ РАДИООТВЕТЧИКОВ
Н. Ю. Бабанов, С. В. Ларцов
Рассмотрены особенности измерения характеристик пассивных нелинейных радиоответчиков и построения специализированных измерительных установок. Отмечено, что для обнаружения таких ответчиков на повышенных расстояниях должны быть сформированы не только энергетические, но и пространственно-поляризационные свойства.
Ключевые слова: пассивные нелинейные радиоответчики, измерение энергетических и пространственно-поляризационных характеристик, методика измерений.
ВВЕДЕНИЕ
Применение в прикладных задачах пассивных нелинейных радиоответчиков (ПНР), т. е. устройств, принимающих запросный сигнал (ЗС), преобразующих его по спектру и затем переизлучающих в пространство ответный сигнал (ОС) с измененным спектральным составом перспективно при отсутствии автономного питания активных радиомаяков [1]. Такими случаями являются: предотвращение столкновений автомобилей [2], поиск жертв снежных лавин [3], терпящих
бедствие на воде [4], раненых на поле боя [5], грузов, сброшенных с самолета, разметка путей следования, в частности фарватеров [6] и т. п.
Известны три типа ПНР: специально синтезированные нелинейные рассеиватели (ССНР); параметрические рассеиватели (ПР) и транспон-деры.
Ответный сигнал (ОС) от ССНР [1—4] появляется на частоте второй гармоники ЗС в результате нелинейного искажения ЗС на нелинейном элементе — удвоителе в виде диодного моста [1].
20
Sensors & Systems • № 9.2014
ОС от параметрических рассеивателей появляется как результат генерации субгармоники в параметрическом генераторе, для которого ЗС является сигналом накачки [5, 6].
У транспондеров (ЯРЮ-систем) [7] энергия ЗС при помощи детектора-выпрямителя преобразуется в энергию питания для полупроводникового генератора ОС. Соответственно, частоты ЗС и ОС не связаны функциональными соотношениями. Конструкция транспондеров [7] сложнее, чем у ПР [5, 6], так как они содержат электронную часть (электронная память, ЧИП, транзисторный СВЧ генератор и детектор).
Использование ПНР для больших расстояний требует формирование определенного уровня ОС на значительных расстояниях от поисковой установки (ПУ), что по новому ставит задачу их конструирования и настройки. Нужно формировать не только энергетические свойства ПНР, но и их пространственно-поляризационные свойства. Для этого необходимо определить характеристики ПНР, на основе которых можно рассчитывать отклик от ПНР в реальных условиях и на определенный ЗС. Это позволит формулировать требования к конструкции систем маркировки на основе ПНР и оптимизировать их параметры.
Целью данной статьи является: определение характеристик, необходимых и достаточных для решения расчетных задач дистанционного обнаружения ПНР с учетом влияния переотражений от подстилающей среды и разработка методов измерения указанных характеристик.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОИСКОВОЙ УСТАНОВКИ И ПАССИВНОГО НЕЛИНЕЙНОГО РАДИООТВЕТЧИКА
В ПНР происходит преобразование энергии ЗС в энергию ОС на иной частоте. Данный процесс носит нелинейный характер, поэтому в общем случае для ПНР не выполняются принципы взаимности и суперпозиции, которые лежат в основе теории линейных отражателей, что не позволяет непосредственно воспользоваться методами и характеристиками для линейных отражателей [8].
Характеристики для ПНР определим на основе анализа модели взаимодействия поисковой установки и ПНР (рис. 1), состоящей из поисковой установки, среды распространения ЗС и ОС и процессной модели ПНР.
В случае линейно-поляризованных ЗС и ОС поисковая установка характеризуется следую -щими параметрами на частоте ЗС: мощностью ЗС — Рзс, частотой ЗС — ®зс и коэффициентом усиления излучающей антенны поисковой установки ^иа, зависящим от частоты ®зс и параметров направления на ПНР: азимута адА, угла места вид и угла наклона плоскости поляризации Вид. На частоте ОС она характеризуется частотой ОС — ю0С и параметрами приемной антенны ЗУ: ^па, зависящей от частоты ОС — ®пс, и параметров направления на ПНР: азимута апА, угла места Рпа и угла наклона плоскости поляризации 9па- Излучаемый сигнал (ИС) удобно характеризовать интенсивностью волны, излучаемой ПУ в направлении ПНР, приведенной
Поисковая установка
Генератор запросного сигнала
Излучающая антенна поисковой установки
СИА({ОЗС>«иа>РИА!0ИА)
Рзс,
Юзе
"Д=1м Шс(<йзс,аис>Рис,9ис)
Приемная антенна поисковой установки 5тта(<ВттсАпа,Ргта,9тта)
Приемник ответного сигнала
Шпс
Ппс(гаос,Ипс,Рпс,6пс) <-
Среда распространения ЗСиОС
Процессная модель пассивного нелинейного радиоответчика
Приемная антенна запросного сигнала
а«с (®зс >аазс) разс >0азс ) 2
Пзс(созс№с,Рзс,9зс)
Тракт приемная антенна запросного сигнала — генератор ответного сигнала
Излучающая антенна ответного сигнала Оаос (о>ос»о1аос>Раос,0аос )
Генератор ответного сигнала
Тракт генератор ответного сигнала — излучающая антенна ответного сигнала
Пос(й>ос.Иос>Рос>0ос)
Рис. 1. Модель взаимодействия поисковой установки и ПНР - Датчики и Системы • № 9.2014
к расстоянию 1 м от излучающей антенны ПУ:
пис(®зс, аис, Рис, 6ис), где аис, Рис, 6ие — соответственно азимут, угол места и наклон плоскости поляризации излучаемой волны ЗС. ОС удобно характеризовать интенсивностью волны принимаемого сигнала (ПС), падающей на приемную антенну ПУ: Ппс(®ос, апс, Рпс, ^Пе), где апс, Рпс, 0пс — соответственно азимут, угол места и наклон плоскости поляризации волны принимаемого сигнала.
При построении процессной модели (см. рис. 1) каждому последовательно происходящему процессу приводится в соответствие отдельный элемент: ЗС должен быть принят приемной антенной ЗС и канализирован к генератору ОС, где осуществляется нелинейное преобразование ЗС, затем сигнал, уже на частоте ОС, канализируется к антенне, излучающей ОС в пространство.
Таким образом, поисковая установка воздействует на ПНР, облучая его электромагнитной волной с интенсивностью Пзс(®зе, азе, Рзс, 0зе), где азе, Рзе, 0ЗС характеризуют направление (азимут и угол места) и поляризацию волны ЗС. Воздействие ПНР на поисковую установку определяется волной ОС с приведенной к расстоянию 1 м от ПНР интенсивностью Пос(®ос, аое, Рос, 0Ос), а направление (азимут и угол места) и поляризация волны ОС соответственно характеризуются величинами: азе, Рзе, 9зе. При указанных допущениях безразмерные коэффициенты распространения для среды распространения ЗС и ОС равны:
КЗС = ПИС(юзО аИС, Pиc, бисУЦзС^зО
аЗС, Рзо 0зе)
и
КОС = П0с(®00 аОС PoС, ^ОСУ^С^ОС
апе, Рпс, 6пс).
Процессная модель для описания процессов в ПНР позволяет воспользоваться методами теории антенн, электродинамики, длинных линий и нелинейной электротехники.
Определим величину, связывающую входное воздействие на ПНР, т. е. величину Пзс(®зе, азе, Рзе, 0зе), и его реакцию на указанное воздействие в виде ОС — Пос(®ос, аое, Рос, ^Ое). Функция, связывающая указанные величины получила название амплитудной характеристики (АХ). В [9] она введена для нелинейных рассеи-
вателей без учета поляризационно-пространст-венных параметров:
Пос = ДПзе) (1)
Пос и Пзе в (1) зависят от пространственно-поляризационных параметров взаимодействия поисковой установки и ПНР. Будем считать, что (1) определена (измерена или рассчитана) для некоторых фиксированных углов аЗС, РЗС , НЗС , аРС, РРС ,
Пос(®оо аос, РОС , 6ОС ) = = ДПзС(®зО
аЗс, РЗС , ^ЗС )). примем аЗс = РЗс = 0Зс = аРс = Ррс =
= 9рС = 0, чтобы отсчитывать азе, Рзе, ^зс, 9зе, аое, Рос, 9ос от некоторых фиксированных значений, при которых АХ была первоначально определена.
Зафиксировав значение излучаемой мощности ЗС и антенн поисковой установки, изменим ориентацию ПНР так, чтобы изменился один из углов азе, Рзе, 0зе, а аое, Рос, 0ОС остались неизменными. Естественно изменится уровень ОС. Чтобы вернуть уровень принимаемого поисковой установкой сигнала к прежней величине, изменим мощность ЗС в Сзе раз. Выполняя указанную процедуру последовательно для возможных значений углов азе, Рзе, ^зс, получим зависимость Сзе = ^(азо Рзе, бзе), и (1) запишем как Пос = ДПзсСзс(азс, Рзе, бзе)).
Описанные процедуры легко реализуемы технически. Например, для изменения азе жестко свяжем взаимную ориентацию ПНР и приемной антенны поисковой установки и будем их вместе вращать, сохраняя неизменным положение излучающей антенны поисковой установки.
Если изменить положение ПНР так, что изменится один и
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.