Дисертації (РІ)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Конструктивний синтез компактних хвилевідних пристроїв перетворення поляризації електромагнітних хвиль(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Булашенко, Андрій Васильович; Дубровка, Федір ФедоровичБулашенко А.В. Конструктивний синтез компактних хвилевідних пристроїв перетворення поляризації електромагнітних хвиль. — Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.13 — «Радіотехнічні пристрої та засоби телекомунікацій». — Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2024. У дисертації вирішено актуальну науково-технічну задачу створення методів наближеного конструктивного синтезу компактних пристроїв перетворення поляризації електромагнітних хвиль на основі діафрагм та штирів у квадратному хвилеводі. У першому розділі зроблено огляд методів розробки пристроїв перетворення поляризації. Розглянуто переваги та недоліки пристроїв перетворення поляризації електромагнітних хвиль. У другому розділі дисертації здійснено параметричний наближений конструктивний синтез пристроїв перетворення поляризації на основі діафрагм та штирів у хвилеводі. Були створені математичні моделі для наближеного синтезу таких поляризаторів та синтезовані відповідні пристрої. У третьому розділі дисертації виконано розробку аналітико-числового методу наближеного конструктивного синтезу поляризаційних пристроїв на основі квадратного хвилеводу із діафрагмами з максимально плоскою фазочастотною характеристикою. Четвертий розділ дисертації містить розробку аналітичного методу наближеного конструктивного синтезу поляризаторів на основі двох та трьох діафрагм та штирів у квадратному хвилеводі. Були отримані аналітичні формули для здійснення конструктивного синтезу поляризаторів з максимально плоскою фазо-частотною характеристикою. Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що: 1. Удосконалено параметричний метод наближеного конструктивного синтезу компактних поляризаторів на основі реактивних елементів у квадратному хвилеводі, в якому, на відміну від існуючих, у математичних моделях фазозсувних елементів враховано вищі типи хвиль, а параметрична оптимізація здійснюється шляхом поєднання створених математичних моделей поляризаторів на основі діафрагм та/або штирів у квадратному хвилеводі та методу довірчого інтервалу, що дозволяє значно підвищити точність та ефективність конструктивного синтезу. 2. Уперше запропоновано та розроблено аналітико-числовий метод наближеного конструктивного синтезу пристроїв перетворення поляризації ЕМХ на основі трьох діафрагм у квадратному хвилеводі, в якому, на відміну від існуючих, параметрична оптимізація здійснюється, виходячи зі створеної математичної моделі у вигляді однохвильової матриці розсіювання та сформульованої системи рівнянь четвертого порядку, яка містить умови синтезу і розв’язком якої є геометричні розміри синтезованого поляризатора, що забезпечує у заданій смузі частот мінімальне відхилення диференціального фазового зсуву від 90°, максимально плоску ФЧХ та найкраще узгодження. 3. Уперше запропоновано та розроблено аналітичний метод наближеного конструктивного синтезу компактних пристроїв перетворення поляризації ЕМХ на основі двох та трьох діафрагм або штирів у квадратному хвилеводі, в якому, на відміну від існуючих, спочатку здійснюється аналітичний синтез поляризатора на основі математичної моделі, створеної шляхом розв’язання задачі поширення електромагнітної хвилі у хвилеводі з трьома недисипативними неоднорідностями методом багатократних відбиттів в однохвильовому наближенні, в результаті чого визначаються необхідні значення параметрів фазозсувних елементів (провідності та елементи матриці розсіювання) та електрична відстань між ними, при яких забезпечується заданий (потрібний) фазовий зсув та відсутність відбиття, а потім здійснюється конструктивний синтез, виходячи з умови рівності необхідних та реальних значень параметрів фазозсувних елементів та їх похідних на центральній частоті робочого діапазону частот. В результаті визначаються реальні оптимальні (в околі глобального екстремуму) геометричні розміри поляризаторів, які забезпечують максимально плоску фазо-частотну характеристику і які можна використати як самостійно в наближеному конструктивному синтезі, так і в якості початкових розмірів поляризатора (фазозсувача) в процесі його багатокритеріальної оптимізації з метою кардинального пришвидшення пошуку глобального екстремуму при високоточному конструктивному синтезі такого пристрою на електродинамічному рівні з урахуванням вищих типів хвиль та взаємодії між неоднорідностями на вищих типах хвиль. Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що: 1. Удосконалений параметричний метод наближеного конструктивного синтезу можна використовувати для синтезу компактних поляризаторів на основі 3-х та 4-х неоднорідностей (діафрагм, штирів) у квадратному хвилеводі. Сформульовано рекомендації щодо вибору початкових геометричних розмірів конструкції компактних поляризаторів з огляду на мінімізацію обчислювальних ресурсів для досягнення оптимальних співвідношень між електричними характеристиками пристрою. На основі дослідження чутливості електричних характеристик поляризатора до відхилень його геометричних розмірів від оптимальних дано рекомендації щодо допусків на його виготовлення. За допомогою запропонованого методу синтезовано поляризатори С-діапазону частот (3,4–4,2 ГГц) та Ku-діапазону частот (11,7–12,5 ГГц), придатні для застосування на практиці. 2. Розроблений аналітико-числовий метод наближеного конструктивного синтезу хвилеводних поляризаторів може слугувати ефективним інструментом для розробки компактних поляризаторів на основі трьох діафрагм у квадратному хвилеводі з максимально плоскою фазо-частотною характеристикою. Ефективність цього методу у порівнянні з методом скінчених елементів підтверджено на прикладах синтезу хвилеводних поляризаторів Хдіапазонів частот 7,25–8,6 ГГц, 7.75-8,5 ГГц та 8.0-8.5 ГГц для антенних систем земних станцій супроводження низькоорбітальних супутників дистанційного зондування Землі. 3. Розроблений аналітичний метод наближеного конструктивного синтезу поляризаторів на основі двох та трьох реактивних елементів у квадратному хвилеводі є ефективним інструментом для синтезу поляризаторів з максимально плоскою фазо-частотною характеристикою. Складова частина цього методу – аналітичний синтез – дає можливість однозначно визначити параметри реактивних елементів (значення їх провідностей та елементів матриці розсіювання) та електричну відстань між ними, які забезпечують потрібні електричні характеристики пристрою. Метод дозволяє швидко отримати геометричні розміри пристрою, що є близькими до оптимальних в околі глобального екстремуму. Цим методом здійснено конструктивний синтез оригінального керованого поляризатора на основі трьох ємнісних штирів у круглому хвилеводі для робочого діапазону частот 8,8-9,6 ГГц. Розроблений метод можна рекомендувати для синтезу таких компактних поляризаторів, а також для отримання початкових значень параметрів пристрою при пошуках глобального екстремуму в процесі багатокритеріальної оптимізації характеристик поляризаторів на електродинамічному рівні з урахуванням вищих типів хвиль та взаємодії між фазозсувними елементами по вищих типах хвиль. 4. Встановлено, що у випадку побудови поляризатора на основі двох або трьох металевих штирів у квадратному хвилеводі можна отримати максимально плоску ФЧХ і сумістити на середній частоті робочого діапазону частот екстремальне значення ДФЗ 90° та відсутність відбиттів. Показано, що можна синтезувати поляризатор на основі двох ємнісних штирів у квадратному хвилеводі із максимально плоскою ФЧХ у смузі частот 4% при значенні КСХН 1.22 (відбивається менше 1% енергії) і ДФЗ =90°1° та у смузі частот 10% із значенням КСХН1.91 (відбивається менше 10% енергії) та ДФЗ =90°2°. Також показано, що на основі трьох ємнісних штирів у квадратному хвилеводі можна синтезувати поляризатор з максимально плоскою ФЧХ у смузі частот 10% при значенні КСХН 1.22 і ДФЗ = 90° 1° та у смузі частот 18% при допустимому відбитті до 10% енергії і ДФЗ = 90° 2° .Документ Відкритий доступ Передавальний модуль пікосекундних імпульсів(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Козачук, Максим Андрійович; Найденко, Віктор ІвановичКозачук М. А. Передавальний модуль пікосекундних імпульсів. - Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 172 «Телекомунікації та радіотехніка» (17 - Електроніка та телекомунікації). Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2023. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-технічної задачі розробки передавального модуля пікосекундних імпульсів для радара виявлення зброї, прихованої на тілі людини. Основна увага зосереджена на ключових складових такого передавального модуля, а саме, на потужному генераторі імпульсів протилежної полярності тривалістю порядка сотень пікосекунд з частотою повторення до 15 МГц і амплітудою порядка 10 В, та ультраширокосмуговій антені, здатній випромінювати такі імпульси. Дослідження виконано в рамках гранту НАТО G4992 «Long-range Stand-off Microwave Radar for Personnel Protection» за програмою НАТО «Наука заради миру та безпеки» (Science for Peace and Security, SPS). Запропоновано спосіб та схемотехнічні рішення генерації ультракоротких імпульсів Гауса протилежної полярності, які повторюються з заданою частотою. Запропоновано нову ультраширокосмугову планарну щілинну антену яка відрізняється від відомих планарних щілинних антен (класичної, антиподальної та балансної антиподальної антен Вівальді) оригінальною топологією та двосторонньою металізацією. Вперше проведено чисельне й експериментальне дослідження такої антени. Показано, що завдяки наявності дзеркальних площин симетрії в Е- і Н-площинах, запропонована антена має найнижчий рівень кросполяризаційного випромінення серед планарних щілинних антен. Антена може ефективно випромінювати сигнали в смузі частот 0,5 – 6,5 ГГц, при значенні КСХН менше 2. Завдяки сукупності позитивних конструктивних та електродинамічних якостей запропонована модифікована щілинна антена може стати альтернативою антенам Вівальді у спеціальних застосуваннях. Дисертація складається зі вступу та чотирьох розділів. Перший розділ містить огляд літератури за тематикою дисертації. В ньому розглянуто існуючі види трансмітерів для формування ультракоротких імпульсів. Наведено основні властивості та характеристики діода з накопиченням заряду SRD (step recovery diode). Проаналізовано схеми трансмітерів та можливості їх покращення. У другому розділі наведено результати електродинамічного моделювання, оптимізації характеристик та експериментального дослідження надширокосмугових (UWB) антен. Проведено пошук початкової топології UWB антени, адаптованої для задач даної роботи, та досліджено можливі шляхи покращення її характеристик. Основними змінами є перехід від традиційної схеми живлення антени Вівальді до живлення за допомогою щілинної лінії та додавання металізації по обидві сторони підкладки, чим досягнуто повну дзеркальну симетрію антени в Е- та Н-площинах та, як наслідок, мінімальний рівень кросполяризаційного випромінювання. Для електродинамічного моделювання та оптимізації характеристик запропонованої антени вибрано програмний пакет CST Studio Suite Learning – професійний інструмент, який дозволяє досліджувати на електродинамічному рівні всі характеристики, зокрема характеристика узгодження та випромінювання антени. При моделюванні та виготовленні використано матеріал Rogers AD450, який має низькі втрати та стабільні характеристики. Особливу увагу приділено живленню антени. Зміною ширини щілинної лінії досягнуто значення вхідного опору антени 50 Ом. Також додано перехід з симетричної лінії на несиметричну, що дозволило живити антену коаксіальним кабелем. Досліджено частотні залежності діаграми спрямованості (ДС) антени на основній поляризації та кросполяризації та її коефіцієнта стоячої хвилі за напругою (КСХН). Розглянуто різні конфігурації антени та їх вплив на досліджувані параметри. Зокрема, введено еліптичні вирізи та прорізи в металевих пелюстках антени для покращення узгодження на низьких частотах. Детально досліджено вплив розмірів вирізів та прорізів на КСХН. У третьому розділі розглянуто особливості створення та вимірювання характеристик розробленого генератора пікосекундних імпульсів. Головна частина дослідження включає розробку, виготовлення та експериментальне дослідження генератора імпульсів типу моноцикл Гауса та генератора різнополярних імпульсів Гауса, рознесених у часі. Одним із компонентів трансмітера є генератор тактової частоти. Він задає частоту повторення імпульсів. Побудований на мікросхемі МАХ038, яка живиться від двополярного джерела напруги +/–5 В. Ця мікросхема може генерувати імпульси різної форми, включаючи гармонічну, меандр та трикутник. Частота може змінюватися від 1 МГц до 15 МГц. В даному дослідженні використано меандрові імпульси з частотою 3,5 МГц. На першій схемі трансмітера вдалося досягти однакової амплітуди моноцикл імпульсів, яка від піку до піку дорівнює 4 В. Ширина негативного імпульсу сягає 120 пс, а позитивного 135 пс. Генератор може працювати з частотами від 1 МГц до 10 МГц. Рівень джитера незначний. Другий розроблений трансмітер генерує пікосекундні послідовності імпульсів Гауса з протилежною полярністю, що повторюються з заданою частотою. Амплітуди імпульсів протилежної полярності однакові, і сягають +/–5 В. Ширини позитивного і негативного імпульсу теж майже однакові, і дорівнюють (на серединному рівні за амплітудою) 133 пс і 143 пс відповідно. Частота генерації може змінюватися в межах від 5 МГц до 15 МГц. У розроблених трансмітерів такі параметри, як відстань між імпульсами, їх ширину та амплітуду можна регулювати під конкретні задачі за допомогою цифрових та аналогових пристроїв. Кожний із розроблених трансмітерів не потребує ніяких додаткових підключень, окрім напруги живлення. Обидва трансмітери побудовані на високочастотній тонкій діелектричній підкладці ROGERS AD 450. Перша плата має розміри 100 х 50 мм; на другій платі для компактності радіодеталі розміщувались на обох сторонах підкладки з розмірами 110 х 45 мм, а сама плата розміщена в екрануючий корпус з розмірами 65 х 125 х 30 мм. Загальна вага трансмітера становить 220 г. Окрім наведених результатів вимірювань характеристик розроблених генераторів, також надано інформацію по основних компонентах, матеріалах, схемах, які використані для забезпечення оптимальної роботи генераторів. Четвертий розділ розкриває тему застосування передавального модуля пікосекундних імпульсів у радарі для виявлення прихованоїзброї на тілі людини. Розглянуто загальні принципи побудови систем виявлення зброї, прихованої на тілі людини. Відзначено, що на сьогоднішній день існує декілька основних систем для виявлення зброї на тілі людини: сканер всього тіла, прохідний детектор, ручний металодетектор та радар виявлення прихованої зброї CWD (Concealed Weapon Detection). Розглянуто їх переваги та недоліки. Показано, що CWD радар потенційно дозволяє виявляти специфічні об'єкти, уникнувши виявлення звичайних предметів, які може мати людина. Це робить його менш схильним до помилкових спрацювань порівняно з іншими системами. Представлено результати експериментальних досліджень трьох варіантів розроблених антен для CWD радара. Показано, що вони добре працюють у потрібному робочому діапазоні частот 0,5–5 ГГц і здатні ефективно випромінювати ультракороткі імпульси тривалістю 120–150 пс, які створюються розробленим трансмітером. Ширина променя антени повинна бути широкою і водночас мати мінімальні бокові пелюстки. Через те, що в системі використовується передача та прийом відбитого сигналу на різних поляризаціях, то для більш точного виявлення зброї необхідно мати високий рівень розв’язки між ортогональними поляризаціями. Мінімально в CWD радарах використовується 2 антени, по одній на передачу та прийом. В наведеній схемі одночасно йде робота з двома ортогональними лінійними поляризаціями, тому використовується 4 антени, дві для передачі сигналу, та дві для прийому. Радар виконує повне поляриметричне вимірювання, де реєструються чотири типи сигналів: V-V, V-H, H-H і H-V. Тут перша літера позначає поляризацію переданої хвилі, що освітлює ціль (V для вертикальної та H для горизонтальної), а друга літера позначає поляризацію прийнятої хвилі, розсіяної ціллю. Таким чином, передаються та приймаються всі можливі комбінації поляризацій. CWD радар потенційно має певні переваги порівняно з іншими пристроями виявлення заборонених предметів, таких як зброя, вибухівка, заборонена електронна техніка, та може стати доповненням до вже існуючих систем. Передавальний модуль CWD радара здійснює швидкі сканування, що дозволяє швидко виявляти наявність зброї або інших небезпечних предметів та приймати рішення щодо відповідних дій. Хвиля, яку випромінює радар, проходить через тканину та шкіру, тому може виявляти заборонений предмет, який прихований під одягом, в речах, або навіть в тілі людини, що може бути важко зробити іншими методами. У CWD радарах передбачається використання принципу машинного навчання, тобто за допомогою адаптивного алгоритму він постійно вивчає своє середовище та адаптує обробку сигналів для оптимального виявлення загроз в цьому середовищі.Документ Відкритий доступ Методи побудови та схемотехнічні рішення мікросмужкових смуго-пропускних фільтрів(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Літвінцев, Сергій Миколайович; Захаров, Олександр ВіталійовичЛітвінцев С. М. Методи побудови та схемотехнічні рішення мікросмужкових смуго-пропускних фільтрів. — Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.13 «Радіотехнічні пристрої та засоби телекомунікацій» (17 — Електроніка та телекомунікації). — Національний технічний університет Ук- раїни «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2023. У дисертації вирішено актуальну науково-технічну задачу розвитку методів побудови та нові схемотехнічні рішення для смуго-пропускних фільтрів (СПФ), які використовуються в сучасних системах бездротового зв'язку. У першому розділі здійснено розширення функціональних можливостей матриці зв'язків шляхом її модифікації. Розглянуто приклади незастосовності матриці зв'язків, проведено аналіз резонатора прохідного типу, який є причиною зазначеної незастосовності, вирішено задачу модифікації матриці зв'язків, яка призводить до адекватних результатів розрахунку частотних характеристик і розширенню області застосувань матриці зв'язків. Детальний розгляд прохідного резонатора, включеного у чотирьохполюсник, показав, що здійснювана ним конфігурація зв'язку залежить від його структури. Це використано для відповідної модифікації матриці зв'язку, щоб та достовірно відображала частотні характеристики. Модифікація полягає у зміні знаків деяких елементів матриці зв'язків згідно зі встановленими в роботі правилами. Встановлені в роботі правила модифікації матриці зв'язків наведені на чисельних прикладах. Для перевірки змін в матриці зв'язків виготовлено відповідні фільтри, виміряні характеристики яких підтвердили запропоновані зміни. У другому розділі розглянуті СПФ із змішаними зв'язками між суміжними резонаторами. Проведено аналіз закономірностей розташування нулів передачі таких фільтрів, та взаємозв'язок між лінійною та звичайною формами подання змішаного зв'язку. Запропоновано метод синтезу таких фільтрів, заснований на використанні інвертора провідності для змішаного зв'язку. На відміну від звичайного зв'язку, змішаний зв'язок характеризується трьома, а не двома, характерними частотами: парною модою і непарною модою пов'язаних коливань, а також значенням частоти нуля передачи. Ці частоти можна визначити при слабкому зв'язку резонаторів. Оскільки змішаний коефіцієнт зв'язку у звичайній формі не може бути використаний в матриці зв'язків, тому для розрахунку частотних характеристик СПФ необхідно мати іншу форму представлення. Для цього використана лінійна форма подання коефіцієнт зв'язку на нормованій частоті. В такому випадку зявляється можливість використання матриці звязків для обрахунку параметрів смуго-пропускного фільтру у випадку, коли в нього використано змішаний зв'язок. В роботі запропоновано ефективний метод синтезу фільтрів зі змішаними зв'язками між суміжними резонаторами. Метод базується на відомій техніці використання інверторів провідності, схеми яких тепер містять паралельні контури відповідно до змішаних зв'язків резонаторів. Результати ЕМ моделювання підтвердили працездатність процедури синтезу фільтрів. Встановлено взаємозв'язок між лінійною та звичайною формами представлення змішаного зв'язку. Вперше запропоновано метод аналітичного синтезу СПФ зі змішаними зв'язками між суміжними резонаторами, заснований на використанні інверторів провідностей для змішаного зв'язку. При цьому досягнуто рівень селективності фільтра, що відповідає більш складним структурам без ускладнення конструкції фільтра. У третьому розділі розглянуто фільтри з зосереджено-розподіленими зв'язками, широкою смугою загородження та підвищеною односторонньою вибірковістю. Запропоновано два методи збільшення смуги загородження в гребінчастих та решітчастих фільтрах. Оскільки основу гребінчастих смуго-пропускних фільтрів складають зв'язані між собою чвертьхвильові резонатори, запропонований метод заснований на закономірності зміни антирезонансних частот, пов'язаній зі зміною координати підключення до чвертьхвильового резонатора. Базуючись на виразі вхідної провідності чвертьхвильового резонатора, визначено координати особових точок підключення до цього резонатора, використання яких призводить до придушення паразитних смуг пропускання в гребінчастому смуго-пропускному фільтрі. Окрім того зясовано, що використання однієї спеціальної координати підключення призводить до придушення не однієї, а кількох періодично розташованих резонансних частот чвертьхвильового резонатора. Таким чином, якщо у одному фільтрі використати декілька особливих координат точок підключення, то в цьому випадку можливо досягти значного розширення смуги загородження в гребінчастому смуго-пропускному фільтрі. Аналогічний метод розширення смуги загородження розлоблено для гребінчастого смуго-пропускного фільтру, який будується на основі напівхвильових резонаторів. У випадку гребінчастого фільтру використання однієї точки підключення з особливою координатою також призводить до придушення не тільки однієї паразитної резонансної частоти напівхвильового резонатора, а до одночасного придушення кількох періодично розташованих резонансних частот напівхвильового резонатора, закон розподілу яких також визначено і запропоновано автором. Оскільки сьогодні на ринку з'явилася велика кількість малогабарітних пасивних компонентів (ємності, індуктивності) з високою добротністю для використання в пристроях надвисоких частот, то одночасте використання мікросмужкових резонаторів і малогабаритних зосереджених елементів призводить до по- яви нового виду звязків в смуго-пропускних фільтрах, який можна назвати зосереджено-розподіленим. Тому необхідні методи, за допомогою яких можна обраховувати значення всіх елементів, що входять у смуго-пропускний фільтр, що побудований на основі таких зосереджено-розподілених зв'язках. Автором запропонована методика, яка дозволяє обрахувати значення всіх елементів, за допомогою яких побудовано смуго-пропускний фільтр з зосереджено-розподіленими зв'язками. Таким чином, в даній роботі вирішена задача розширення смуги загородження в гребінчастих та решітчастих фільтрах за допомогою використання зосереджено-розподілених змішаних зв'язків між суміжними резонаторами, та нового методу розрахунку, заснованого на траєкторіях зміщення антирезонансних частот використаних резонаторів. Перевірка методу розширення смуги загородження по траєкторіях зміщення частот проведена по результатам вимірювання параметрів фільтра, створеного за запропонованим методом. Отримано розширення смуги загородження більше ніж в три рази. Процес проектування представлено у вигляді алгоритму, що уніфікує даний процес для розробника. У четвертому розділі розглядається можливість розширення функціональних можливостей багатомодових резонаторів та фільтрів. Проведено аналіз двомодових планарних резонаторів з розімкненими та короткозамкнутими кінцями на основі ступінчастих ліній, експериментально досліджено двомодові смугопропускні фільтри. Існуючі двомодові резонатори на основі T-з'єднання обмежені функціонально, оскільки в них використовуються однорідні відрізки ліній. В роботі запропоновано замінити ці відрізки, відрізками ступінчастих ліній, та визначити потенційні можливості нових утворених двомодових резонаторів планарної конструкції. В роботі розглянуто двомодові резонатори при різних способах їх включення. Спочатку вирішена задача синтезу конструктивних елементів двомодових резонаторів із розімкненими кінцями та вивчено їх властивості. Потім синтезовано конструктивні елементи двомодових резонаторів із короткозамкненими кінцями, та досліджено їх властивості. Таким чином, в результаті розвитку теорії двомодових резонаторів, методом параметричного систезу отримано та досліджено чотири варіанти резонаторів, які мають властивості, корисні при побудові смуго-пропускних фільтрів. Ці резонатори мають покращенні функціональні можливості, а саме: збільшену в 1,4 рази смугу загородження, зменьшені в 1,3 рази розміри резонаторів при тих же значеннях резонансних частот, що і при використанні однорідних ліній передачі. Визначено основні показники двомодових планарних резонаторів із розімкненими і з усіма короткозамкненими кінцями на основі ступінчастих ліній. Виявлена та експериментально підтверджена нова властивість деяких двомодових резонаторів, яка полягає в одночасному існуванні двомодових та одномодових коливань, які чергуються між собою. Експеримент підтвердив розширення смуги загородження, яке склало 1,4 рази по відношенню до двомодового фільтру на однорідних лініях. При цьому ширина цієї смуги може змінюватися. Прототип фільтра з закороченими кінцями запрацював як фільтр з очікуваними характеристиками.Документ Відкритий доступ Ефективна демодуляція та ідентифікація сигналів із фазовою маніпуляцією у каналах із несприятливими умовами радіоприймання(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022) Круглик, Олег Станіславович; Калюжний, Олександр ЯковичКруглик О. С. Ефективна демодуляція та ідентифікація сигналів із фазовою маніпуляцією у каналах із несприятливими умовами радіоприймання. - Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 172 «Телекомунікації та радіотехніка» (17 - Електроніка та телекомунікації). Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2022. Розвиток цифрового зв'язку породжує необхідність розробки високошвидкісних, ресурсномістких систем телекомунікаційних систем і більш ефективних методів використання частотного ресурсу. Новітні технології зв’язку із розширенням сфери їх використання одночасно із новими можливостями та перевагами, ускладнюють завдання синхронізації та подальшої обробки даних приймачем. Крім того, в каналах з несприятливими умовами радіоприймання, для яких характерна швидка зміна параметрів сигналу внаслідок часового розсіювання і допплерівського розширення спектра сигналів та невідомими характеристики каналу передачі, виникають ситуації, коли більшість модемів не дозволяють забезпечити якісний прийом сигналу. Тому ключовим завданням на шляху створення нових систем цифрового радіозв’язку є розробка більш ефективних та більш стійких до несприятливих умов приймання методів цифрової синхронізації. При цьому головну роль відіграють системи із використанням фазової маніпуляції сигналу, які є найбільш поширеними та, відповідно, найбільш практично важливими. В дисертаційній роботі розкрито поняття несприятливих умов радіоприймання, які найбільше характерні для приймання сигналу в так званій «третій точці» прийому в завданнях кооперативної ретрансляції та радіомоніторингу. Розглянуто основні технології мультиплексування при передаванні сигналів на фізичному рівні в безпровідному цифровому зв’язку та показано залежність вибору методу синхронізації від схеми мультиплексування, що використовується в конкретній системі зв’язку. Розглянуто спосіб ефективного використання частотного ресурсу за рахунок використання технології Carrier-in-Carrier. Проведено короткий аналіз та опис відомих способів передавання та розділення сигналів із суми за технологією Carrier-in-Carrier. Проведено аналітичний огляд популярних методів ідентифікації та демодуляції сигналів із фазовою маніпуляцією, а також обґрунтовано необхідність досліджень та розробки нових алгоритмів ідентифікації і синхронізації для закриття потреб в сучасних сферах використання безпровідного зв’язку. Запропоновано гібридний метод демодуляції сигналів, який поєднує алгоритми прямого оцінювання параметрів сигналу (feedforward) з подальшою синхронізацією параметрів за схемами зі зворотним зв'язком (feedback). Початкова оцінка зміщення частоти-носія, фази та часової затримки сигналу виконується по відомому пілот-сигналу. Потім отримані оцінки застосовуються для ініціалізації схем зі зворотним зв’язком для миттєвого входу у режим стеження. Проведено розрахунок оптимальних параметрів петлевих фільтрів для підсистем фазо-частотної та часової синхронізації. Виконано порівнювальне моделювання відомих традиційних методів демодуляції та гібридного методу на прикладі сигналів з фазовою маніпуляцією, таких як QPSK, 8PSK, 16APSK та 32APSK. Отримані результати підтверджують, що в умовах швидкої зміни параметрів сигналу гібридний алгоритм забезпечує мінімальне значення бітової похибки в залежності від SNR у порівнянні з традиційними методами, які засновані окремо на схемах синхронізації feedback або feedforward. Запропоноване гібридне поєднання алгоритмів feedback і feedforward дозволило застосовувати алгоритми зі зворотним зв’язком до сигналів з пакетним режимом передавання даних. Розглянутий підхід до синхронізації можна також використовувати для сигналів із іншими видами фазової маніпуляції. Досліджено сучасні алгоритми фреймової синхронізації для стандарту супутникового зв'язку DVB-S2. Робота підсистеми фреймової синхронізації з великими зміщеннями частоти-носія сигналу є основною перевагою різницевих методів обчислення кореляції над класичним розрахунком крос-кореляції. Використання різницевих методів дає можливість відмовитись від початкової оцінки зміщення частоти-носія і пришвидшити реєстрацію модему зв’язку. Запропоновано алгоритм із адаптивним порогом, який засновано на використанні різницевої кореляції сигналів. Особливістю представленого методу є те, що зі зміною рівня вхідного сигналу поріг для прийняття рішення також змінюється адаптивно, що дозволяє відмовитися на даній стадії обробки сигналу від системи автоматичного регулювання потужності. Проведено порівняльне моделювання запропонованого методу фреймової синхронізації із відомими методами, які засновані на обчисленні різницевої кореляції, результати отриманих характеристик ймовірності пропуску від співвідношення сигнал/шум показали перевагу запропонованого алгоритму над відомими методами. Також розглянуті шляхи щодо практичної реалізації даного алгоритму на елементній базі FPGA. Зокрема, був використаний апроксимуючий метод для розрахунку модуля комплексного числа, імплементація якого легко виконується на логічних елементах кристала FPGA без втрати швидкодії алгоритму в цілому. Введено новий підхід до демодуляції сигналів на основі методів корпускулярної фільтрації. Корпускулярна (або багаточасткова, particle) фільтрація є ефективним засобом вирішення нелінійних та негаусівських задач теорії статистичного оцінювання. Основним принципом корпускулярної фільтрації є апроксимація розподілу невідомих параметрів за допомогою дискретного набору корпускул та пов'язаних з ними вагових коефіцієнтів. Сформульовано модель простору станів сигналу спостереження з урахуванням динаміки оновлення параметрів каналу. Проведено порівняльний аналіз із відомими методами демодуляції на прикладі сигналів із фазовою маніпуляцією. Показано, що при достатній кількості корпускул, ефективність демодуляції, а саме забезпечення мінімальної бітової похибки (BER), може бути покращена шляхом застосування методів корпускулярної фільтрації при низьких співвідношеннях сигнал/шум на фоні негаусівського шуму. Розроблено метод детектування версії стандарту DVB-S2/S2X із використанням запропонованих методів синхронізації і декодування службової інформації фізичного рівня. Обидві версії стандарту мають майже однакову структуру на фізичному рівні. Подібність сигналів фізичного рівня призводить, наприклад, до того, що при невірному налаштуванні частоти, приймачем DVB-S2 може прийматися сигнал стандарту DVB-S2X. Детектор складається із систем кадрової синхронізації, демодулятора і декодера поля PLSCODE. Запропоновано формули розрахунку біт поля PLSCODE і декодування службової інформації відповідно для стандартів широкосмугового оповіщення DVB-S2 та DVB-S2X. Представлений детектор дозволяє визначити до якої ревізії належить переданий сигнал та визначити параметри фрейму. Розроблено програмну модель описаного методу. Виконано експериментальні розрахунки ROC кривої та ймовірності пропуску від співвідношення сигнал/шум. Отримані результати моделювання показують високу ефективність запропонованого методу детектування навіть при негативних співвідношеннях сигнал/шум. Також в роботі пропонується метод ідентифікації сигналів, які передаються за технологією Carrier-in-Carrier із використанням QPSK модуляції. Метод базується на розрахунку кумулянтів четвертого порядку для виявлення змін в формі сигнального сузір’я, які характерні для сигналів типу Carrier-in-Carrier. Відповідно до методології робочих характеристик приймача (ROC) знайдено порогове значення для правила прийняття рішень. Встановлено, що запропонований метод забезпечує коректне виявлення суми сигналів QPSK для широкого діапазону співвідношень сигнал/шум, різних амплітуд сигналів із суми, а також для різних смуг пропускання змішаних сигналів. Отримані результати свідчать про високу ефективність запропонованого методу виявлення. Також показана перевага запропонованого методу виявлення перед методом «радіусів».