Гибкие аппроксимирующие функции: резонансные нагрузки

   Introduction. Patch antennas have found wide application in UAVs due to their numerous useful properties. However, since such an antenna system is essentially a resonator, the problem of its matching remains unresolved. The existing publications mostly deal with specific cases and report the typical values of the matching band of 5–7 %, which cannot be considered sufficient when there is a need to use the signal spectrum of up to hundreds of MHz. Therefore, research aimed at using more efficient methods of broadband matching could be of interest for engineers.   Aim. To develop a broadband matching technique based on the generalized Darlington synthesis method using flexible approximating functions (AF) for load models with resonant properties.   Materials and methods. The capabilities of the generalized Darlington synthesis method are extended AFs with increased variation properties. Flexible control of AF weight coefficients makes it possible to realize both smooth and wave frequency characteristics. The method is analytical and does not use iterative procedures. The mathematical apparatus of the method is based on an analysis of deductions in the zeros of the load resistance transfer function.   Results. Flexible approximating functions were established to be effective for synthesis of matching circuits with resonant properties. Solutions for matching the loads with multiple transfer zeros both at the origin and in infinity were obtained. The opportunity of creating patch antennas with a matching layer up to 40 % and more was demonstrated.   Conclusion. The results obtained for the SWR of patch antennas show that the potential estimates of matching limits are available only for analytical methods.   Введение. Широкое распространение в беспилотных летательных аппаратах нашли патч-антенны, обладающие рядом свойств, полезных в данной сфере применения. Однако проблемным вопросом остается согласование антенны, которая по существу представляет собой резонатор. Существующие публикации носят преимущественно частный характер и отмечают типичные значения полосы согласования 5–7 %, что не всегда оказывается достаточным, когда необходимо использовать спектр сигналов до сотен мегагерц. Поэтому интерес для инженеров может представлять исследование, направленное на использование более основательных системных методов широкополосного согласования.   Цель работы. Разработка методики широкополосного согласования на основе обобщенного метода синтеза по Дарлингтону с использованием гибких аппроксимирующих функций (АФ) для моделей нагрузок с резонансными свойствами.   Материалы и методы. В основу статьи положен обобщенный метод синтеза по Дарлингтону. Для расширения возможностей метода используются аппроксимирующие функции с повышенными вариативными свойствами. Гибкое управление весовыми коэффициентами АФ позволяет реализовать как гладкие, так и волновыечастотные характеристики. Метод является аналитическим и не использует итеративных процедур. Математический аппарат метода основан на анализе вычетов в нулях передачи функции сопротивления нагрузки.   Результаты. Гибкие аппроксимирующие функции оказались эффективным средством для синтеза согласующих цепей с резонансными свойствами. Получены решения для согласования нагрузок с кратными нулями передачи как в начале координат, так и в бесконечности. Показана возможность создания патч-антенн с полосой согласования до 40 % и более.   Заключение. Полученные результаты свидетельствуют о том, что потенциальные оценки пределов согласования патч-антенны значительно превышают достигнутые и доступны только для аналитических методов

Методика разработки широкополосных отрицательных индуктивностей с малым отклонением для применений в СВЧ-диапазоне

Introduction. Non-Foster elements (NFEs) mimic behavior of hypothetical negative inductors or capacitors in a certain frequency band. NFEs are used to compensate reactance of conventional inductors and capacitors that allows designing broadband microwave devices. To realize NFEs, active circuits referred to as negative impedance converters (NICs) are employed to convert the load impedance into the negative input impedance. The conversion error, caused by non-optimal choice of NIC parameters and non-idealities of NIC components, limits the accuracy and operating bandwidth of NFEs. The necessity to account for many factors, which indirectly and oppositely impact the final result, and unavailability of a universal design methodology complicate the design of NFEs significantly. As a result, broadband NFE characteristics differ from the target ones remarkably that limits practical applications.Aim. Elaboration of a design methodology to compensate the Linvill’s NIC conversion error and realize high-accuracy broadband negative inductors.Materials and methods. Influence of NIC constituent parameters on the negative inductor frequency characteristics is considered. The performed analysis and the identified relationships allowed us to propose a step-by-step methodology to design negative inductors having tight tolerance over a broad frequency band. The use of a transmission line section instead of a lumped inductor in the NIC load when realizing negative inductors of high absolute values is shown to be advantageous as this allows providing better tolerance and wider bandwidth.Results. In order to demonstrate possibilities enabled by the proposed methodology, simulation results are presented for the GHz-range negative inductors with a set of inductance and tolerance values.Conclusion. The results obtained show that the proposed methodology makes it possible to compensate the conversion error without any numerical optimization and therefore to reduce the deviation of the negative inductance from the target value in the given frequency range or to broaden the bandwidth for a given tolerable deviation of the negative inductance.Введение. Нефостеровские элементы (НФЭ) имитируют в определенном диапазоне частот поведение гипотетических реактивных элементов с отрицательными значениями индуктивности или емкости и используются для компенсации частотной зависимости традиционных реактивностей, что позволяет создавать широкополосные СВЧ-устройства. Для реализации НФЭ применяются конверторы отрицательного импеданса (КОИ) – активные цепи, преобразующие импеданс нагрузки во входной импеданс противоположного знака. Ошибка преобразования, обусловленная неоптимальным выбором параметров КОИ, а также неидеальностью его элементов, ограничивает точность реализации значений и рабочую полосу частот НФЭ. Необходимость учета большого количества факторов, которые опосредованно и разнонаправленно влияют на конечный результат, и отсутствие универсальной методики значительно осложняют разработку НФЭ. Как следствие, характеристики НФЭ в широкой полосе частот заметно отличаются от целевых, что ограничивает возможности практических применений.Цель работы. Предложить методику разработки отрицательных индуктивностей на основе КОИ, построенного по схеме Линвилла, которая позволила бы компенсировать ошибку преобразования и создавать широкополосные отрицательные индуктивности с малым отклонением от целевого значения.Материалы и методы. Рассмотрено влияние параметров отдельных составляющих КОИ на частотные характеристики отрицательной индуктивности. На основании проведенного анализа и выявленных взаимосвязей предложена методика пошаговой разработки отрицательных индуктивностей с малым отклонением в широкой полосе частот. Показано, что при реализации отрицательных индуктивностей с большими абсолютными значениями целесообразно использовать в нагрузке КОИ отрезок длинной линии вместо сосредоточенной индуктивности, т.к. это позволяет обеспечить более широкую полосу частот при меньшем отклонении от целевого значения отрицательной индуктивности.Результаты. Для демонстрации возможностей, которые открывает применение предложенной методики, представлены результаты моделирования ряда отрицательных индуктивностей с фиксированным набором значений и отклонений в гигагерцовом диапазоне частот.Заключение. Полученные результаты показывают, что предложенная методика позволяет без применения численной оптимизации компенсировать ошибку преобразования и тем самым уменьшить отклонение значения отрицательной индуктивности от целевого в заданной полосе частот или расширить рабочую полосу частот при заданном допустимом отклонении отрицательной индуктивности

Методология разработки программного обеспечения управления и сбора данных для систем автономного мониторинга с большим объемом генерируемой информации на примере программного комплекса управления гидрологическим радиолокатором

Introduction. The current data monitoring and collection systems produce a growing amount of generated information. Such factors, as the increasing sampling rate of ADCs and the increasing speed of systems for primary processing, receiving, and transmitting information, etc., make the systems operate almost at the bandwidth limit of data transmission interfaces. In some applications, such a flow is redundant and can be optimized through the use of various algorithms for the primary processing of information. However, in some applications, reducing the data flow is impossible, since the received information is processed with a delay. Therefore, the development of a software methodology for controlling and collecting data in the system of automatic monitoring of the sea surface by a hydrological radiolocation system seems a relevant research task.Aim. To synthesize a methodology and to develop software for controlling the information system of radar monitoring of the sea surface.Materials and methods. System approach, software architectural and algorithmic design, software quality management methods, system analysis, Qt framework, C++ programming language.Results. A working methodology for designing software for controlling information and measurement technologies with a large amount of generated data was obtained. The effectiveness of the methodology and software quality were confirmed by control tests. A 3-month autonomous testing of the stability and reliability of the system was carried out. Detection of data loss in the system comprised less than 0.002 %, thus not exceeding the specified critical level of 0.5 %.Conclusion. The developed methodology can be used in designing software for controlling information and measuring systems generating a large amount of data. The approaches used to build a multithread software architecture with asynchronous data flow control has shown their high efficiency.Введение. В настоящее время развитие систем мониторинга и сбора данных ведет к тому, что поток генерируемой информации непрерывно растет. Повышение частоты дискретизации аналого-цифрового преобразователя, увеличение быстродействия систем первичной обработки, приема и передачи информации и другие факторы приводят к тому, что система функционирует, приближаясь к пределу пропускной способности интерфейсов передачи данных. В некоторых приложениях такой поток является избыточным и может быть оптимизирован за счет применения различных алгоритмов первичной обработки информации. Однако в ряде приложений сокращение потока данных является невозможным, так как обработка информации происходит значительно позже ее получения. Поэтому является актуальной разработка методологии программного обеспечения (ПО) управления и сбора данных в системе автоматического мониторинга морской поверхности гидрологическим радиолокатором.Цель работы. Синтез методологии и разработка ПО управления информационной системой радиолокационного мониторинга морской поверхности.Материалы и методы. Системный подход, архитектурное и алгоритмическое проектирование ПО, методы управления качеством ПО, системный анализ, фреймворк Qt, язык программирования C++.Результаты. Получена рабочая методология проектирования ПО управления информационно-измерительными системами с большим объемом генерируемой информации. Эффективность методологии и качество разработанного ПО подтверждены контрольными испытаниями. Стабильность и надежность системы протестирована долгосрочными автономными испытаниями в течение 3 месяцев. Фактические информационные потери в системе составили менее 0.002 %, что не превысило критический уровень в 0.5 %, определенный в техническом задании.Заключение. Разработанная методология позволяет эффективно решать задачи проектирования ПО управления информационно-измерительными системами с большим объемом генерируемой информации. Используемые подходы построения многопоточной архитектуры ПО с асинхронным управлением потоками данных показывают высокую эффективность при решении поставленной задачи

Исследование свойств композитного материала для СВЧ-применений на основе PTFE с различной концентрацией и размером частиц керамического наполнителя

Introduction. The technology of printed circuit boards (PCBs) is widely used in modern electronic instrumentation. PCBs for the microwave frequency range are made based on foil composite materials, in particular, polytetrafluoroethylene (PTFE). At the moment, there is no domestic production of such a class of materials. Information concerning foreign manufacturing technologies in this field and the influence of the filler on the characteristics of the composite material remains confidential. Therefore, research into the properties of composite materials for microwave applications with properties similar to foreign analogues seems relevant.Aim. Experimental determination of the dependence of the electrical and mechanical properties of a composite material based on polytetrafluoroethylene depending on the concentration and size of the titanium dioxide fraction.Materials and methods. Experimental determination of the dependence of the electrical and mechanical properties of a composite material based on PTFE depending on the concentration and size of the titanium dioxide fraction.Results. The results of an experimental study of the mechanical properties and microwave parameters of experimental samples of composite material based on PTFE are presented, namely: composite material with 10 % content of ceramic titanium dioxide powders (fraction size 10, 49 and 126 µm); composite material with 5, 10 and 15 % content of ceramic titanium dioxide powder (fraction size 49 µm for polytetrafluoroethylene and 126 µm for titanium dioxide).Conclusion. The results obtained demonstrate prospects for using compositions based on PTFE and titanium dioxide powder as a basis for microwave materials. A correlation was established between the percentage of the introduced ceramic filler and the microwave parameters of the material. The studies demonstrated a slight difference in the microwave properties of the manufactured composite material samples with a different ratio between the particle sizes of titanium dioxide and PTFE. However, a significant decrease in their mechanical properties was observed.Введение. Технология печатных плат является наиболее распространенной в современном электронном приборостроении. Платы для СВЧ-диапазона частот изготавливаются на основе фольгированных композитных материалов, в частности на основе политетрафторэтилена. В данный момент отечественное производство подобного класса материалов отсутствует. Информация, касающаяся зарубежной технологии изготовления композитного материала и влияния наполнителя на его характеристики, является закрытой. Поэтому актуальной задачей является поиск и исследование свойств композитных материалов для СВЧ-применения со свойствами, аналогичными зарубежным аналогам.Цель работы. Экспериментальное определение зависимости электрических и механических свойств композитного материала на основе политетрафторэтилена от концентрации и размера фракции диоксида титана.Материалы и методы. Механические свойства образцов композитного материала измерялись методом гидростатического взвешивания. Исследовались прочность и относительное удлинение при разрыве с помощью разрывной машины РМИ-250. СВЧ-параметры определялись с помощью метода Николсона–Росса–Вейра.Результаты. Представлены результаты экспериментального исследования механических свойств и СВЧпараметров экспериментальных образцов композитного материала на основе политетрафторэтилена: с 10 %-м содержанием керамических порошков диоксида титана (размер фракции 10, 49 и 126 мкм); с 5, 10 и 15 %-м содержанием керамического порошка диоксида титана (размер фракций у политетрафторэтилена – 49 мкм и у диоксида титана – 126 мкм).Заключение. Результаты демонстрируют перспективность применения композиций на основе PTFE и порошка диоксида титана в качестве основы для СВЧ-материалов. Установлена корреляция между процентным содержанием вводимого керамического наполнителя и СВЧ-параметрами материала. Исследования продемонстрировали незначительное отличие в СВЧ-свойствах изготовленных образцов композитного материала при различном соотношении между размерами частиц диоксида титана и PTFE. Однако при этом наблюдается значительное снижение их механических свойств

Транзисторы для твердотельных СВЧ-переключателей (обзор)

Introduction. The characteristics of solid-state microwave switches are subject to different requirements depending on the application area and technical problems to be solved. No versatile solution exists that could satisfy all requirements at once. The desire to improve the parameters of switches has led to the emergence of devices based on various technologies. In order to elucidate the current trends and future prospects in the field of switch technologies, semiconductor devices that form the basis of switch circuits should be considered.Aim. To review transistor types used in solid-state switches.Materials and methods. The search and selection of literature sources for review was based on the chronological principle. The search depth for considering the parameters of finished components was no more than 10 years, for considering technologies and structural solutions – more than 10 years. This choice was explained by our desire to trace the history of development and approaches to the creation of semiconductor devices that have led to the emergence of the modern component base. The final array of sources comprised scientific publications presenting factual information on the objects under consideration.Results. The types, structures, materials, characteristics and manufacturing technologies of transistors used in switches are considered. The achievable parameters of the switches based on the considered devices are presented. Conclusion. The choice of a particular transistor type for switches depends on the requirements for the parameters and performance characteristics of the final device. At present, transistor solutions for switches are dominated by field-effect transistors (FETs) of various types: GaAs and GaN transistors with a high electron mobility (HEMT) and Si CMOS FETs implemented by standard as well as silicon-on-insulator and silicon-on-sapphire technologies. The conducted literature review has revealed prospects for the development of technologies based on BiCMOS heterojunction bipolar transistors.Введение. К характеристикам твердотельных СВЧ-переключателей предъявляются различные требования в зависимости от приложения и решаемых технических задач. Естественно, не существует универсального решения, удовлетворяющего сразу всем требованиям. Стремление к совершенствованию параметров переключателей привело к появлению устройств, изготовленных по различным технологиям. Для понимания тенденций развития техники переключателей важно рассмотреть технологии и возможности полупроводниковых приборов, являющихся основой схем переключателей.Цель работы. Обзор типов транзисторов, используемых в твердотельных переключателях.Материалы и методы. В основе поиска и подбора литературы для обзора лежит хронологический принцип. Глубина поиска для рассмотрения параметров конечных компонентов не более 10 лет, для рассмотрения технологий и структурных решений – более 10 лет, ввиду желания проследить историю развития и подходы к созданию полупроводниковых устройств, которые привели к возникновению современной компонентной базы. Конечный массив источников сформирован из научных публикаций, содержащих фактографическую информацию, представленную в обзоре, или дополняющих ее.Результаты. Рассмотрены типы, структуры, материалы, характеристики и технологии изготовления транзисторов, используемых в переключателях. Представлены достижимые параметры переключателей, построенных на рассмотренных приборах.Заключение. Выбор того или иного типа транзистора для переключателей зависит от требований, предъявляемых к параметрам и эксплуатационным характеристикам конечного устройства. На данный момент среди транзисторных решений для переключателей доминируют полевые транзисторы (ПТ) различных типов: GaAs- и GaN-транзисторы с повышенной подвижностью электронов (High Electron Mobility Transistor – HEMT), а также Si КМОП ПТ, реализованные как по стандартной, так и по технологиям "кремний на изоляторе" и "кремний на сапфире". Анализ литературы показал возможные перспективы развития технологии БиКМОП биполярных транзисторов с гетеропереходом

Классификация аритмий с использованием предварительно обученной модели глубокого обучения с бинарными изображениями сегментированной ЭКГ

Introduction. Arrhythmia or irregular heartbeat occur when the heart’s electrical system is disorganized or out of sync, which may cause strokes, sudden cardiac death, and other complications. The introduction of an automated classification of arrhythmias based on deep learning could facilitate the decision-making process by saving time and labor resources.Aim. To study the performance of a modified arrhythmia classification improved by using binary images of segmented ECG signals with combinations of orthogonal and surface signals.Materials and methods. This article studies an arrhythmia classification based on binary images of surface and orthogonal ECG signals. The data labeling was automated using the Python programming language. Initially, all signals are subjected to preprocessing followed by their plotting and segmenting in 2-second windows. Next, those segments are saved as RGB images followed by their conversion into binary images, where the signal is white, and the background is black. Finally, the pre-trained Alexnet model is used to classify nine classes, where each surface ECG and orthogonal lead is classified separately.Results. The performance of the model is evaluated by the mean accuracy, precision, F1-score, and confusion matrix of all leads. The results of a parallel classification of 12 lead ECG are better than those for the orthogonal leads. All leads with accuracy, precision, and F1-score equal to 0.84, 0.78, and 0.71, respectively.Conclusion. The performance of the model was evaluated for three cases: 12 surface ECG leads, orthogonal leads, and all leads. The calculated mean values of accuracy, precision, and F1-score for each case confirmed the sufficiency of the 12-lead surface ECG for classifying nine different types of arrhythmia using binary images of ECG segments.Введение. Аритмия, или нерегулярное сердцебиение, возникает, когда электрическая система сердца дезорганизована или не синхронизирована, и может вызвать инсульты, внезапную сердечную смерть и другие осложнения. Автоматизированная классификация аритмий с использованием глубокого обучения сэкономила бы время и энергию при внедрении в систему поддержки принятия решений в больницах.Цель работы. Изучение эффективности улучшения классификации аритмий после использования двоичных изображений сегментированных сигналов электрокардиограммы (ЭКГ) с комбинациями ортогональных и поверхностных сигналов.Материалы и методы. В данной статье изучается классификация аритмий с использованием двоичных изображений поверхностных и ортогональных сигналов ЭКГ. Маркировка данных автоматизируется с использованием языка программирования Python, для всех сигналов реализуется предварительная обработка, а затем полученные сигналы наносятся на график и сегментируются в 2-секундных окнах. Эти сегменты сохраняются как изображения RGB, затем преобразуются в двоичные изображения, где сигнал белый, а фон черный. Предварительно обученная модель Alexnet используется для классификации девяти классов, где каждая поверхностная ЭКГ и ортогональное отведение классифицируются отдельно.Результаты. Производительность модели оценивается по средней точности, прецизионности, F1-score и матрице путаницы всех лидов. Результаты параллельной классификации ЭКГ в 12 отведениях лучше, чем для ортогональных отведений, и все отведения с точностью, прецизионностью и F1-score равны 0.84, 0.78 и 0.71 соответственно.Заключение. Производительность модели оценивалась для трех случаев: 12 поверхностных отведений ЭКГ, ортогональных отведений и всех отведений. Вычисленные средние значения показателей (точность, прецизионность и оценка F1) для каждого случая показывают, что использования 12 поверхностных отведений ЭКГ достаточно для классификации девяти различных типов аритмии с использованием двоичных изображений сегментов ЭКГ

Научно-технические разработки

.

Антенные системы с широкоугольным механоэлектрическим сканированием

   Introduction. The active development of satellite communication networks determines the need for new antenna systems for ground terminals. The Sphere Federal program implies the commissioning of new satellite constellations for communication and remote sensing of the Earth. The Skif (providing broadband Internet access) and Express-RV (providing the Internet and communications for Arctic) satellite constellations are not geostationary, thus requiring constant satellite tracking even for stationary terminals. Deflecting structures operating on the principle of quasi-optical beam control make it possible to develop scanning antenna systems for organizing continuous satellite communications.   Aim. Investigation of various types of dielectric structures for radiation pattern deflection and scanning antenna systems on their basis, as well as identification of a configuration with improved characteristics compared to the ideal structure in the shape of a dielectric wedge.   Materials and methods. Mathematical modeling, electrodynamic modeling using CAD by the finite element method and the finite integration method, as well as an experimental study of an antenna system prototype in an anechoicchamber by measuring methods in the far-field and near-field of the antenna.   Results. Electrodynamic simulation was carried out for three types of dielectric structures, analogues of a dielectric wedge, including a structure assembled from various dielectrics of fixed sizes with different dielectric constants; a structure of triangular dielectric plates; and a perforated dielectric structure. In addition, scanning antenna systems based on the presented configurations were analyzed. Radiation patterns were obtained for all structural types for various rotation angles of the deflecting systems. The structure assembled from various dielectrics of fixed sizes with different dielectric constants was found to possess the most optimal characteristics. This structure was used to develop a model for experimental confirmation of the conducted electrodynamic simulation. The maximum tilt angle of the radiation pattern was about 60°, the decrease in the directivity relative to the maximum value was 6 dB; for tilt angles up to 55°, the directivity degradation did not exceed 4 dB, the level of the side lobes did not exceed –12 dB (calculated) and –14 dB (measured).   Conclusion. The results of studies into various types of structures for quasi-optical beam control of the radiation pattern show the possibility of using these configurations when creating low-profile antenna systems with wide-angle mechanoelectric scanning for organizing satellite communications for both mobile and stationary consumers using medium earth orbit spacecrafts.   Введение. В связи с активным развитием спутниковых сетей связи возникает потребность и в новых антеннах для наземных терминалов. Федеральная программа "Сфера" предполагает введение в эксплуатацию новых спутниковых группировок для связи и дистанционного зондирования Земли. Спутниковые группировки "Скиф" (предоставление широкополосного доступа в Интернет) и "Экспресс-РВ" (обеспечение Арктики интернетом и связью) не относятся к геостационарным и требуют постоянного слежения за спутником даже для стационарных терминалов. Отклоняющие структуры, работающие по принципу квазиоптического управления диаграммой направленности (ДН), позволяют разрабатывать сканирующие антенные системы (АС) для организации непрерывной спутниковой связи.   Цель работы. Исследование различных типов диэлектрических структур для отклонения ДН и сканирующих АС на их основе, а также выявление конфигурации с лучшими характеристиками по сравнению с идеальной структурой в виде диэлектрического клина.   Материалы и методы. Математическое моделирование, электродинамическое моделирование при помощи САПР методом конечных элементов и методом конечного интегрирования, а также экспериментальное исследование макета АС в безэховой камере методами измерения в дальней и ближней зонах антенны.   Результаты. Проведено электродинамическое моделирование трех типов отклоняющих диэлектрических структур – аналогов диэлектрического клина: структуры, набранной из диэлектриков с различными диэлектрическими проницаемостями; структуры из диэлектрических пластин треугольной формы; структуры из перфорированного диэлектрика, а также сканирующих АС на основе представленных конфигураций. Получены их расчетные ДН. Выявлена структура с лучшими характеристиками, на основе которой изготовлен макет для экспериментального подтверждения результатов электродинамического моделирования. Максимальный угол наклона ДН составил порядка 60°, снижение коэффициента направленного действия (КНД) относительно максимального значения составило 6 дБ, а для углов наклона до 55° деградация КНД не превысила 4 дБ, уровень боковых лепестков не превысил значения –12 дБ (расчетный) и –14 дБ (измеренный).   Заключение. Результаты исследований различных типов структур квазиоптического управления лучом ДН показывают возможность использования данных конфигураций при создании низкопрофильных АС с широкоугольным механоэлектрическим сканированием для организации спутниковой связи как для мобильных потребителей, так и для стационарных, с использованием средне- и низкоорбитальных космических аппаратов

Исследование структуры зерна пшеницы методом цифровой рентгенографии

Introduction. Analysis of the quality of wheat grain using instrumental methods is an important task due to the permanent growth in annual wheat production and export. Digital radiography is a promising method for studying the internal structure of wheat grain. Along with other methods, digital radiography allows non-destructive testing and comprehensive description of grain parameters.Aim. To determine the capabilities of digital radiography for studying the structure of wheat grain.Materials and methods. Digital X-ray images were obtained using a multifunctional mobile x-ray diagnostic unit produced by JSC "ELTECH-Med" was used with the installation tube voltage of 9 kV. Durum wheat grain samples of different varieties were used. Operations for processing grain images were automated using the scripts developed in Python using the numpy and opencv libraries.Results. The attenuation of X-ray radiation by grain material was studied. Wheat bran was found to exhibit a greater attenuation coefficient than the endosperm, assumably due to the higher concentration of potassium and phosphorus in the wheat outer layer. The calculated ratio of the attenuation coefficients of the bran to the endosperm was 1.27, compared to the experimentally obtained value of 1.36. The influence of the geometric shape of wheat grain on the formation of its X-ray image was determined. A method for describing the geometric shape of wheat grain using second-order curves was presented. A mathematical model for the transmission of X-ray radiation in wheat grain was constructed, taking into account its complex shape and the heterogeneous distribution of macroelements therein. This model allows estimation of the attenuation coefficients of the grain endosperm and outer layer using a non-destructive method.Conclusion. Digital radiography is an effective method for studying wheat when carrying out research and breeding tasks. The proposed model for the transmission of X-ray radiation in wheat grain can be used to numerically determine some indicators of grain quality.Введение. Анализ качества зерна пшеницы инструментальными методами является актуальной задачей ввиду ежегодного увеличения объемов его производства и экспорта. Метод цифровой рентгенографии перспективен для исследования внутренней структуры зерна пшеницы, так как является неразрушающим и совместно с другими методами дает возможность наиболее полно описать параметры зерна.Цель работы. Определить возможности цифровой рентгенографии для исследования структуры зерна пшеницы.Материалы и методы. Для получения цифровых рентгеновских изображений использована многофункциональная передвижная рентгенодиагностическая установка производства ЗАО "ЭЛТЕХ-Мед". Напряжение на трубке установки – 9 кВ. В статье использованы образцы зерна твердой пшеницы разных сортов. Для автоматизации операций по обработке изображений зерна применялись разработанные скрипты на языке Python с использованием библиотек numpy, opencv.Результаты. Исследовано ослабление рентгеновского излучения материалом зерна. Показано, что оболочка зерна обладает большим коэффициентом ослабления, чем эндосперм. Найдено обоснование явления, которое заключается в большей концентрации калия и фосфора в оболочке пшеницы. Полученное расчетным путем отношение коэффициентов ослабления оболочки к эндосперму составило 1.27, экспериментальным 1.36. Показано влияние геометрической формы зерна пшеницы на формирование рентгеновского изображения зерна. Приведен способ описания геометрической формы зерна с использованием кривых второго порядка. Построена математическая модель прохождения рентгеновского излучения в зерне пшеницы с учетом его сложной формы и неоднородного распределения макроэлементов в нем. Модель позволяет неразрушающим методом оценить коэффициенты ослабления эндосперма и оболочки зерна.Заключение. Метод цифровой рентгенографии для исследования пшеницы рационально применять в научных исследованиях и задачах селекции. Предложенную модель прохождения рентгеновского излучения в зерне пшеницы можно использовать для численного определения некоторых показателей качества зерна

Создание кольцевой антенной решетки на основе излучателей Вивальди для широкополосного канала связи с ретрансляцией

Introduction. Unmanned aerial vehicles (UAVs) are rapidly gaining in popularity. The UVA development requires active antenna systems capable of forming a narrow beam of the main lobe of the radiation pattern. Although numerous studies have considered specialized antenna arrays with a wide range of scanning angles, the location of such systems on UAVs remains under-investigated. The development of such arrays for UAVs will enable the creation of a secure relay broadband channel with a few repeaters.Aim. Development of a broadband antenna array for UAVs with the possibility of setting the main lobe of the radiation pattern in any direction of the azimuthal plane, for use in relay tasks.Materials and methods. An emitter model and a circular antenna array on its basis was developed in the Ansys HFSS electromagnetic modeling package.Results. The dependence of the directional coefficient and the gain for an array consisting of 8 and 16 elements was shown. Voltage standing-wave ratio dependences and directivity patterns that satisfy the conditions of retransmission in a wide-frequency band using UAVs were obtained. Recommendations on the number of active elements in a circular antenna array that ensure the maximum gain (directivity) were formulated.Conclusion. Technical solutions that can be used in the development of UAVs are proposed. The system can be further improved by optimizing the antenna array elements and using a cylindrical or hemispherical array.Введение. В настоящее время беспилотные летательные аппараты (БПЛА) находят все более широкое применение. Одной из задач развития БПЛА является создание активных антенных систем с возможностью установки узкого луча главного лепестка диаграммы направленности (ДН). Несмотря на то, что во многих исследованиях рассматривается создание специализированных антенных решеток с широким диапазоном углов сканирования, особенности расположения таких систем на БПЛА не изучались подробно. После разработки таких решеток для БПЛА возможно создание цепи ретрансляции с защищенным широкополосным каналом.Цель работы. Разработка широкополосной антенной системы для БПЛА с возможностью установки главного лепестка ДН в любом направлении азимутальной плоскости для использования в задачах ретрансляции.Материалы и методы. В рамках исследования разработана модель излучателя и кольцевой антенной решетки на его основе в пакете электромагнитного моделирования Ansys HFSS.Результаты. Показаны частотные зависимости коэффициента направленного действия (КНД) и коэффициента усиления (КУ) для кольцевой антенной решетки, состоящей из 8 и 16 элементов, а также частотные зависимости коэффициента стоячей волны по напряжению и ДН, удовлетворяющие условиям ретрансляции в широкой полосе частот с использованием БПЛА. Представлены рекомендации по количеству активных элементов кольцевой решетки для обеспечения максимума КУ (КНД).Заключение. Предложены конструктивные решения для использования антенных систем на БПЛА. В дальнейшем система может быть улучшена за счет оптимизации элементов антенной решетки и использования цилиндрической или полусферической решетки