Физика волновых процессов и радиотехнические системы

Обоснование. Современные исследования в области метаматериалов открывают новые горизонты в разработке материалов с уникальными электромагнитными свойствами, которые могут быть использованы в различных приложениях, от телекоммуникаций до медицинской диагностики. Неоднородные невзаимные киральные метаматериалы представляют особый интерес благодаря своей способности управлять поляризацией электромагнитных волн и изменять их свойства. Однако подобные электродинамические задачи часто решаются с помощью численных методов, которые требуют значительных вычислительных ресурсов и времени, что ограничивает их практическое применение. Поэтому возникает необходимость в разработке приближенных аналитических методов для оценки коэффициентов отражения и понимания физических механизмов, лежащих в основе этих процессов. Цель. Разработка метода приближенного расчета коэффициентов отражения плоской однородной электромагнитной волны от планарного слоя неоднородного невзаимного кирального метаматериала с учетом дисперсии материальных параметров. Предложен аналитический подход, который позволит получать решения различного порядка приближения и обеспечит более глубокое понимание физики процессов отражения. Методы. Используется аналитический подход к расчету коэффициентов отражения, основанный на методах теории поля. Учитывается неоднородность и невзаимность кирального метаматериала. Разработан ряд приближенных решений, позволяющих анализировать поведение электромагнитных волн при различных условиях падения и поляризации. Результаты. Предложенный аналитический метод позволяет эффективно рассчитывать коэффициенты отражения для плоских волн при различных условиях взаимодействия с неоднородными невзаимными киральными метаматериалами. Заключение. Представлен новый подход к расчету коэффициентов отражения плоской электромагнитной волны от планарного слоя неоднородного невзаимного кирального метаматериала с учетом дисперсии материальных параметров. Разработанный аналитический метод обеспечивает более быстрое и эффективное получение решений по сравнению с численными методами и способствует лучшему пониманию физики процессов отражения в сложных материалах. Полученные результаты могут быть полезны для дальнейших исследований в области метаматериалов и их применения в современных технологиях.

Обоснование. Криволинейные дипольные антенные структуры были созданы как решение проблемы направленности, связанной с обычными дипольными антеннами, с длиной более половины длины волны. Однако, за исключением «вогнутого Nu» диполя, другие криволинейные конфигурации антенны V-диполя еще не получили аналитического внимания в открытой литературе. В этой статье представлен сравнительный анализ четырех таких конфигураций. Цель. Разработать подробную формулировку интегрального уравнения электрического поля для внутренней электродинамической задачи четырех криволинейных конфигураций структуры антенны V-диполя, чтобы метод решения моментов стал применимым. Методы. Неизвестные распределения тока в формуле определяются с помощью метода моментов с кусочно-линейным базисом и проверочными функциями. Аналитические результаты затем реализуются в компьютерной программе FORTRAN для численных результатов. Результаты. Аналитические модели для четырех криволинейных конфигураций V-дипольной антенны, а также результаты вычислений для их входных и радиационных характеристик. Заключение. Полученные результаты вычислений показывают, что с точки зрения максимально достижимой направленности и возвратных потерь наилучшими являются конфигурации с обоими изогнутыми плечами; за ними следуют обычные V, выпуклые Nu (одно плечо загнуто внутрь) и вогнутые Nu (одно плечо загнуто наружу).

Обоснование. Анализ результатов использования различных машин и механизмов в народном хозяйстве показал, что шероховатость микрорельефа их рабочих поверхностей во многом определяет надежность и долговечность при их эксплуатации. В связи с этим исследование и разработка современных новых методов измерения шероховатости микрорелефа являются актуальной задачей в настоящее время. Цель. Целью работы стали исследование и разработка оптико-электронного метода, алгоритмов и программного обеспечения для цифровой обработки изображений исследуемых поверхностей для измерения шероховатости их микрорельефов непосредственно в ходе выполнения технологического процесса. Методы. Метод основан на компьютерной обработке изображений исследуемых микрорельефов, в результате которой определяются параметры шероховатости этих микрорельефов. С этой целью для полутоновых изображений микрорельефов эталонных образцов с измеренными гостовскими методами параметрами шероховатости вычисляются двухмерные корреляционные функции. Для этих функций рассчитываются средние амплитуды U_ср переменных составляющих корреляции и строится аналитическая зависимость гостовского параметра шероховатости Ra от U_ср. Для изображения исследуемого микрорельефа с неизвестными параметрами шероховатости также определяется переменная составляющая двухмерной корреляционной функции U_ср и по полученной зависимости Ra = f(U_ср) находится среднее арифметическое отклонение профиля от средней линии Ra для исследуемого микрорельефа. Результаты. Установлен мультипликативный характер функции влияния, искажающей результаты измерения шероховатости микрорельефов непосредственно по амплитуде видеосигнала. Предложен новый оптико-электронный метод измерения параметров шероховатости микрорельефов механически обработанных поверхностей, который базируется на цифровой обработке их полутоновых изображений. В результате такой обрабоки вычисляется двумерная корреляционная функция, параметры которой и служат для идентификации исследуемого микрорельефа и тем самым для измерения его шероховатости. Приведены результаты применения этого метода для измерения параметров шероховатости поверхнсти лопатки компрессора газотурбинного двигателя. Заключение. Показана перспективность применения оптико-электронного метода и цифровой обработки изображений микрорельефов механически обработанных поверхностей с целью оперативного измерения их параметров шероховатости. Разработан алгоритм вычисления двумерной корреляционной функции, которая характеризует исследуемый микрорельеф и по характеристикам которой возможно его идентифицировать, то есть измерить его шероховатость. При этом также устраняется негативное влияние побочных неинформативных факторов на результаты измерения параметров микрорельефа, в частности колебаний мощности светового потока и угла его падения на исследуемую поверхность. Приведены результаты применения разработанного оптико-электронного метода для измерения параметров шероховатости участков поверхности лопатки компрессора газотурбинного двигателя, которые идентичны результатам измерения их шероховатости гостовскими профильными методами.

Обоснование. Развитие современных беспроводных систем связи во многом обусловлено использованием многочастотных сигналов в качестве функций-носителей информации, которыми описывается физический колебательный процесс, выступающий носителем информации при ее передаче получателю. Именно такие системы радиосвязи позволили существенно увеличить скорость беспроводной передачи данных, в том числе в сложных условиях многолучевого распространения радиосигнала. Одной из задач, направленной на проектирование и разработку связной радиоаппаратуры, является предварительная оценка ее эффективности с точки зрения использования выделенных ей ресурсов. Цель. В статье описываются математическая модель систем многочастотной цифровой радиосвязи и архитектура программно-аппаратной платформы, специально разработанной для исследования таких важных характеристик беспроводных систем, как информационная и энергетическая эффективности. Методы. В основе математической модели лежат методы теории Гильбертовых пространств и теории информации, ее численная реализация позволяют учитывать энтропию источников сообщений, спектральные характеристики полезного сигнала и помех, отношение сигнал/шум и т. п. Результаты. В статье приводятся результаты численных экспериментов по сравнению эффективности систем радиосвязи, построенных на базе многочастотных сигналов и многопозиционной дискретной амплитудной модуляции, демонстрирующие возможности разработанной программно-аппаратной платформы. Заключение. Построенная модель оценки эффективности систем многочастотной цифровой радиосвязи и ее реализация позволяют автоматизировать процесс анализа характеристик беспроводных систем связи.

Обоснование. СМО являются основным математическим инструментарием моделирования систем передачи данных, которые недаром называют сетями массового обслуживания. Необходимость регулирования таких характеристик систем массового обслуживания, как время ожидания в очереди или длины очереди, обусловлена повышением качества функционирования систем передачи данных. Возможность регулирования этих характеристик позволяет минимизировать время ожидания в очереди в буферах передающих устройств, а также сами объемы буферной памяти. Для демонстрации такой возможности в работе рассмотрены системы массового обслуживания, сформированные как обычными законами распределений в виде вероятностных смесей, так и сдвинутыми во времени законами распределений. Цель. В качестве составляющих СМО в работе выбраны гиперэкспоненциальное и гиперэрланговское распределения второго порядка. На основе этих законов распределений построены численно-аналитические модели для двух систем массового обслуживания с обычными и сдвинутыми законами распределений с выводом решения для основной характеристики СМО – среднего времени ожидания в очереди. Как известно, остальные характеристики СМО являются производными от среднего времени ожидания. Методы. В работе использован сдвиг законов распределений вправо от нулевой точки. Для вывода решения для среднего времени ожидания в очереди использован классический метод спектрального решения интегрального уравнения Линдли на основе преобразования Лапласа законов распределений, формирующих рассмотренные СМО. Полученные расчетные формулы для среднего времени ожидания в очереди позволяют рассчитать характеристики таких систем для широкого диапазона изменения параметров телетрафика. Результаты. Полученные результаты могут быть использованы в современной теории телетрафика при проектировании и моделировании различных перспективных систем передачи данных, включая объемы буферной памяти передающих устройств. Заключение. Сдвиг законов распределений во времени приводит к уменьшению их коэффициентов вариаций. Из-за квадратичной зависимости среднего времени ожидания от коэффициентов вариаций временных интервалов поступления и обслуживания следует заметное уменьшение среднего времени ожидания в системах с временными сдвигами.