авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012 РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ ...»

-- [ Страница 2 ] --

1. Введена операция идентификационного умно жения, выполняющая перемножение двух распре делений случайных величин с нулевым средним в КОБЕНКО Вадим Юрьевич, кандидат техниче пространстве идентификационного параметра NF, ских наук, доцент (Россия), доцент кафедры инфор формально данную операцию можно записать так: мационно-измерительной техники.

Адрес для переписки: kobra_vad@rambler.ru, Статья поступила в редакцию 28.02.2012 г.

где символом (х) обозначена сама операция. © В. Ю. Кобенко Книжная полка 621.38/Т Тихонов, А. И. Высокочастотная электроника : учеб. по курсу лекций / А. И. Тихонов, А. В. Бубнов ;

ОмГТУ. – Омск : КАН, 2012. – 318 c. – ISBN 978-5-9931-0161-3.

РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ Рассмотрен учебный программный материал, включающий принцип работы элементов, приборов и уст ройств высокочастотной электроники;

в пособие включен также материал по выполнению самостоятельных индивидуальных заданий, предусмотренных учебной программой. Приведены основные тенденции совре менной высокочастотной электроники.

А. М. МИХЕЕНКО УДК.621.501. С. С. АБРАМОВ Е. С. АБРАМОВА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, г. Новосибирск КОРРЕКЦИЯ НЕЛИНЕЙНОСТИ В ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ СИСТЕМЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ В представленной статье рассматривается возможность коррекции нелинейнос ти в усилителях класса «D» и в широтно-импульсных системах автоматического регулирования (ШИС), когда глубокая противосвязь недопустима по соображени ям устойчивости. С этой целью предлагается ввести в схему цепь дополнительной обратной связи через физическую модель основного тракта ШИС. Оценка эффек тивности предложенного способа коррекции выполнена на примере существенно нелинейного усилителя класса «D».

Ключевые слова: широтно-импульсная модуляция, импульсный преобразователь напряжения, усилитель класса «D», нелинейные искажения, обратная связь, физи ческая модель усилителя.

Введение. Усилители мощности класса «D» с ши- понижения. Их достоинством является возможность ротно-импульсной модуляцией находят в настоящее получения линейной регулировочной (модуляцион время широкое применение при выходной мощно- ной) характеристики.

сти от единиц ватт в интегральном исполнении до Преобразователь второго типа может только по сотен кВт в мощных модуляционных устройствах. вышать напряжение, поэтому в модуляторе на его На малых уровнях мощности проблемы обеспече- основе используется принцип автоанодной модуля ния линейности и устойчивости усилителя реша- ции [3], для реализации которого требуется дроссель ются за счёт высокой тактовой частоты (до 1 МГц) L с очень большой индуктивностью, рассчитанной и простейших выходных фильтров. При больших на частоты усиливаемого сигнала.

мощностях существенно увеличиваются габариты Третий преобразователь может как повышать, усилителей и, как следствие, растут паразитные ём- так и понижать напряжение. При этом индуктив кости схемы, что приводит к необходимости исполь- ность дросселя L относительно не велика, т.к. рас зования минимально возможной тактовой частоты считана только на тактовую частоту. Основной не (порядка 50100 кГц) и, соответственно, сложных достаток этого преобразователя — принципиальная демодулирующих фильтров. нелинейность регулировочной характеристики и Использование отрицательной обратной связи инверсия выходного напряжения по отношению к (ООС) для снижения нелинейных искажений в этом напряжению источника питания Е.

случае оказывается неэффективным, т.к. наличие Последний недостаток легко устраняется преоб в её цепи сложного фильтра существенно ограни- разованием схемы к виду (рис. 2а).

чивает допустимую величину устойчивой противо- Здесь же представлена регулировочная харак связи. теристика этого преобразователя, которая при от В импульсных системах автоматического регули- сутствии потерь может быть описана выражением рования нелинейность непрерывной части системы (1). На (рис. 2б) этой характеристике соответствует приводит к существенному снижению запаса устой- кривая 1.

чивости в динамическом режиме (устойчивости (1).

процессов [1]).

Настоящая работа посвящена разработке метода эффективной коррекции нелинейности ШИС при Здесь — относительная длительность им сохранении её устойчивости.

пульса тока в цепи ключа S.

Основные схемы мощных модуляционных Дадим этому преобразователю условное назва устройств класса «D». Усилители большой мощ ние «преобразователь с передачей энергии через ности класса «D» (модуляторы) строятся на прин индуктивный накопитель» (ПЭИН).

ципах импульсных преобразователей напряжения Как уже отмечалось выше, преобразователь [2], упрощенные схемы которых представлены РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ ПЭИН принципиально нелинейный, причем его не на (рис. 1). На основе первой из них (рис. 1а) раз линейность, как это следует из (1) и рис. 2б, доста работаны мощные модуляторы типа «PANTEL» и точно велика. Поэтому использование противосвязи «PULSAM». Вторая схема (рис. 1б) легла в основу здесь малоэффективно. Применение предискаже «модулятора с нагрузкой в цепи диода» (НЦД) [3].

ний для компенсации нелинейности модуляционной Третий тип преобразователя пока не нашёл приме характеристики также не даёт желаемых результа нения в качестве усилителя, или модулятора.

тов, т.к. в динамическом режиме характеристика Модуляторы на основе первого преобразователя 306 становится неоднозначной (см. кривую 2 на рис. 2б).

способны изменять напряжение только в сторону ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) Рис. 1. Импульсные преобразователи напряжения Рис. 2. Преобразователь без инверсии напряжения Основным препятствием для получения глубо- Сумматор, в качестве которого обычно использу кой противосвязи в усилителе класса «D» являются ется дифференциальный усилитель, обладает одно значительные фазовые сдвиги сигнала (запаздыва- сторонней проводимостью, поэтому реальных об ние во времени) в фильтре нижних частот (ФНЧ). ратных связей не будет ни в основном усилителе, ни Компенсация задержки возможна, если замкнуть в его модели. Следовательно, в таком устройстве не цепь обратной связи не через собственно усилитель возникает и проблем устойчивости (если не прини мощности, а через его физическую модель, моду- мать во внимание паразитные обратные связи).

ляционная характеристика которой (благодаря им- Поскольку применение ОСФМ позволяет снять пульсному характеру сигнала), может достаточно проблему значительных фазовых сдвигов в кольце точно повторить характеристику основного преоб- ОС, при дальнейшей оценке эффективности пред лагаемого метода, задержку сигнала t положим разователя. Действительно, особенностью импульс ного сигнала является практически полная незави- равной нулю, и представим схему на рис. 3а в виде симость длительности импульса от нелинейности (рис. 3б). На этом рис. x=(1+и) — нормированный амплитудной характеристики усилительного тракта.

входной сигнал, где ;

т — коэффициент Поэтому форма регулировочной характеристики преобразователя (1) слабо зависит от параметров широтно-импульсной модуляции модели усилителя;

схемы и параметров предварительных импульсных т1 — коэффициент широтно-импульсной модуля усилителей. ции усилителя ПЭИН.

Разумеется, такая «обратная связь» фактически Согласно (1), ;

ею не является, а представляет собой вариант ком пенсатора нелинейных искажений, в котором ис точником компенсирующего сигнала (с учётом всех фазовых сдвигов) служит физическая модель усили- (2) и, теля.

Реализация обратной связи по физической мо где х1=х–у;

Тогда на основании (2) дели. Рассмотрим упрощенный вариант «обратной связи по физической модели» (ОСФМ), представ ленный на (рис. 3а).

Здесь Ф1,Ф2 — фильтры с идентичными харак (3).

теристиками (временем задержки);

ШИМ — ши ротно-импульсный модулятор. Основной тракт уси лителя начинается с фильтра нижних частот (ФНЧ) Ф1, обеспечивающего компенсирующую задержку РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ При использовании схемы ПЭИН в качестве на время t. Поскольку в тракте модели усилителя мощного модулятора нормированное напряжение также происходит задержка в выходном фильтре на его выходе должно изменяться от Ф2, сигнал, поступающий на вход сумматора (у(t)), практически не отличается от входного сигнала х(t) 0 до 2 (рис. 2б).

по временным параметрам, но содержит в себе всю Тогда при х=2, z=2 и, согласно (2), т1–х1= информацию о нелинейности модуляционной ха =0,667.

рактеристики.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) Рис. 3. Структурная схема усилителя с обратной связью по физической модели Рис. 4. Модуляционные характеристики ПЭИН Рис. 5. Корректированный усилитель класса «D»

с использованием двух физических моделей Потребуем, чтобы при и=–1;

и=0;

и и=1 между ции нелинейности модуляционной характеристики.

z и и существовала пропорциональная зависимость, Лучший результат удалось получить при т1=0,7;

т.е. т=0,255.

Для количественной оценки эффективности (4) корректора, по методу пяти ординат был вычислен коэффициент гармоник (Кг) для характеристик с т=0 и т=0,255. Результаты вычислений дали следу (5) ющий результат: в первом случае Кг=27,8%;

во вто ром 11,5%. Таким образом, появилась возможность уменьшения искажений в 2,5 раза. Заметим, что в. аналогичной ситуации ООС менее эффективна. Так в примере, приведённом в [4], при нелинейных иска жениях в 20%, использование ООС с глубиной 20 дБ В результате имеем систему алгебраических приводит к уменьшению искажений всего лишь до уравнений с неизвестными т и т1. Её решение дает 15%.

следующий результат: т1=0,808;

т=0,27.

РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ В нашем случае, при большей нелинейности уси Найденные значения т и т1 позволяют опреде лителя, действие корректора эквивалентно глубине лить выходной сигнал согласно (3). На рис. 4 пред противосвязи 25–30 дБ, без проблем, связанных ставлена полученная зависимость z(х) для т1= с устойчивостью. Следует также отметить, что вы =0,808;

т=0,27. Там же приведена аналогичная ражение (1) не учитывает потерь в ключевых эле характеристика при отсутствии коррекции (т1= ментах схемы модулятора ПЭИН. С учётом потерь =0,334;

т=О). Как видно, коррекция при усло 308 характеристика модулятора становится более ли виях (4) и (5) приводит к существенной компенса нейной (см. кривую 3 на рис. 1а), и, соответствен- 2. Источники вторичного электропитания / С. С. Букреев но, эффективнее будет действовать ОСФМ. Кроме [и др.]. – М. : Радио и связь, 1983. – 280 с.

того, линейность можно повысить и за счёт исполь- 3. Проектирование и техническая эксплуатация радио зования пусть неглубокой ООС в усилителе и его передающих устройств / М. А. Сиверс [и др.]. – М. : Радио и ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) модели одновременно. связь, 1989. – 336 с.

Наконец, возможна коррекция с использованием 4. Рамм, Г. С. Электронные усилители / Г. С. Рамм. – М. :

двух физических моделей, как показано на (рис. 5). Связь, 1964. – 335 с.

Заключение. Поскольку в нелинейных мощных усилителях класса «D» применение ООС малоэф фективно, для повышения качественных показа телей целесообразно использовать метод предкор рекции искажений с помощью физической модели МИХЕЕНКО Анатолий Михайлович, кандидат усилителя в кольце «обратной связи». При этом уда- технических наук, доцент, заведующий кафедрой ётся решить и проблему устойчивости усилителя радиопередающих устройств и электропитания.

класса «D», т.к. реальные обратные связи фактиче- АБРАМОВ Сергей Степанович, кандидат техни ски исключены. ческих наук, доцент кафедры радиопередающих Заметим также, что при большом коэффициенте устройств и электропитания.

усиления в основном тракте, мощность, потребляе- АБРАМОВА Евгения Сергеевна, инженер-иссле мая физической моделью, практически не отразится дователь кафедры радиопередающих устройств и на энергетических показателях устройства в целом. электропитания.

Адрес для переписки: 630102, г. Новосибирск, ул. Ки Библиографический список рова, 86.

1. Ципкин, Я. З. Теория нелинейных импульсных систем. / Статья поступила в редакцию 14.05.2012 г.

Я. З. Цыпкин, Ю. С. Попков. – М. : Наука, 1973. – 416 с. © А. М. Михеенко, С. С. Абрамов, Е. С. Абрамова В. Ф. ПОПОВ УДК 621.396(075) Омский государственный технический университет ОЦЕНКА ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ПРИ РАЗНЕСЕННОМ ПРИЕМЕ В КАНАЛЕ С ЗАМИРАНИЯМИ ПО ЗАКОНУ НАКАГАМИ И КОГЕРЕНТНО ВЕСОВОМ СЛОЖЕНИИ СИГНАЛОВ Статья посвящена проблеме оценки качества разнесенного приема с когерент ным весовым сложением сигналов неоднородных ветвей разнесения по алгоритму Бреннана в канале с замираниями по закону Накагами. Получены формулы для оценки вероятности ошибок приема двоичных сигналов ОФМ на выходе схемы комбинирования независимых ветвей разнесения, однородных и неоднородных по глубине замираний сигнала и отношению сигнал/шум, на основе которых оценена эффективность схемы при станционных помехах.

Ключевые слова: разнесенный прием, помехоустойчивость, вероятность ошибок, глубина замираний сигнала, характеристическая функция.

Известный [1–3] алгоритм когерентного весово (1), го линейного сложения сигналов ветвей разнесения РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ по Бреннану обеспечивает максимум отношения сигнал/шум (ОСШ) на выходе схемы комбиниро где ri- комплексная огибающая сигнала в i-ой из п вания сигналов и наилучшее ослабление влияния ветвей разнесения на входе схемы комбинирова замираний сигнала на качество связи. При этом «ло ния;

ri* — комплексносопряженная огибающая сиг кальное» ОСШ (среднее на нескольких периодах ВЧ нала;

Ni — среднее значение мощности аддитивного колебания) на выходе схемы комбинирования (при белого гауссовского шума (АБГШ) в i-ой ветви раз сложении с весом ai=ri*/Ni сигналов i-х ветвей раз несения.

несения) равно:

Для модели Релея общих замираний огибающей для «локального» ОСШ hi в i-ой ветви, используя сигнала в многолучевом канале связи с независимы- метод функционального преобразования случайной ми однородными по замираниям и АБГШ ветвями величины (СВ) x=hi•2N с распределением (3):

разнесения и комбинированием сигналов ветвей по ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) Бреннану, известны [4] вероятности ошибок поэле- W1(hi)=W1[xi=2Nhi]·|dxi/dhi|.

ментного автокорреляционного приема (АКП) и не когерентного приема (НП) ортогональных в усилен- В результате получим ПВ «локального» ОСШ в ном смысле (ОУС) двоичных сигналов с активной i-ой ветви:

паузой, например, ОФМ:

(2) Рош.п=0,5/(1+Н)п;

Рош.п=0,5/(1+Н/2)п, где Нi=Н среднее по замираниям ОСШ в i-ой ветви (4) разнесения.

Эти вероятности позволяют оценить эффектив которая при т=1 совпадает с аналогичным распре ность линейного весового сложения по Бреннану делением [2, с. 243] при модели замираний огибаю сигналов независимых однородных ветвей разнесе щей сигнала по закону Релея.

ния и произвести расчет помехоустойчивости систе Для определения ПВ суммы (1) на выходе схе мы связи в целом.

мы комбинирования найдем характеристическую Однако на практике имеет место модель канала функцию (ХФ) для ПВ (4), согласно преобразованию связи [1, 5], при которой общие замирания огибаю Фурье:

щей Ri многолучевого сигнала в ветви разнесения аппроксимируют двухпараметрическим законом (5).

Накагами (т-распределением), характеризующем более глубокие замирания, чем при известной моде ли Релея. Кроме того, ветви разнесения часто могут Подставляя (4) в (5) и используя табличный инте быть неоднородными как по параметру глубины за- грал [6, (3.351.3)] мираний сигнала, так и по параметру ОСШ, напри мер, при станционных помехах.

(6), Поэтому актуальной является оценка вероятно сти ошибок поэлементного АКП и НП ОУС двоич ных сигналов ОФМ при разнесенном приеме со сло где п=(т–1), а=(т/Н–j);

xh;

Г(п+1)=п·Г(п), по жением по Бреннану сигналов независимых ветвей лучим ХФ для i-ой ветви разнесения (с параметрами разнесения с замираниями сигнала по закону Нака тi=т, Нi=Н) в виде:

гами, в том числе неоднородных как по глубине за мираний сигнала, так и по уровню АБГШ.

(7).

Известно, что при замираниях огибающей сиг нала по закону Накагами распределение квадрата огибающей «несущей» Ri2 в (1) описывается одно Полагая замирания в п ветвях разнесения неза мерным законом двухпараметрического гамма-рас висимыми и однородными, найдем выражение для пределения, который при обозначении Ri2=xi имеет ХФ суммы (1) на выходе схемы комбинирования, ис вид:

пользуя свойства ХФ:

. (8) Применяя обратное преобразование Фурье к (3) ХФ (8), найдем одномерную ПВ СВ h, т.е. суммы (1) где i=M[Ri2]=M[xi] — параметр средней мощности ОСШ на выходе схемы комбинирования сигналов:

огибающей сигнала i-ой ветви разнесения;

— параметр глубины замирания огибающей сиг нала i-ой ветви разнесения;

M[•] – символ математического ожидания;

Г(тi) — гамма-функция.

.

а) Рассмотрим разнесенный прием с ветвями разнесения, однородными по глубине замираний огибающей сигнала и по уровню АБГШ, т.е. Ni=N.

Используя табличный интеграл [6, (3.382.7)] В этом случае «локальное» ОСШ в i-ой ветви раз несения равно hi=Ri2/2N=(xi/2N), РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ а среднее ОСШ равно получим ПВ Нi=M[hi]=M[Ri2]/2N=M[xi]/2N=i/2N, откуда i=Нi/2N.

Согласно выше приведенным обозначениям, 310 (9).

найдем одномерную плотность вероятностей (ПВ) При т=1 это распределение совпадает с одно (17) мерной ПВ хи-квадрат с п1=(2п) степенями свободы [1, 2] при модели замираний огибающей сигнала вет вях разнесения по закону Релея.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) который при p0 равен нулю, гдеp0;

Re,0;

Re Аналогичные (2) средние вероятности ошибок (+k)1;

Ф [a;

b;

c] — вырожденная гипергеометри поэлементного приема двоичных ОУС сигналов на ческая функция, получим одномерную ПВ суммы выходе схемы комбинирования по Бреннану при за ОСШ на выходе схемы комбинирования по Бренна мираниях огибающей сигнала в однородных ветвях ну двух неоднородных ветвей разнесения:

разнесения по закону Накагами найдем усреднени ем по распределению (9):

(10),.

(18) где Рош(h) — вероятность ошибки поэлементного приема сигнала при АБГШ.

Уместно отметить, что если воспользоваться из При АКП приеме ОУС двоичных сигналов ОФМ вестным разложением вырожденной гипергеоме трической функции в ряд [6, (9.210.1)] (11) а средняя вероятность ошибки (10) с учетом таблич- (19), ного интеграла (6) равна который при z=0 равен 1, то выражение ПВ (18) (12) при однородных ветвях разнесения (т.е. (т1/Н1–т2/ /Н2)=0) совпадает с распределением (9) для одно При НП ОУС двоичных сигналов ОФМ родных ветвей при п=2.

Найдем оценку средней вероятности ошибки (13) (10) для АКП и НП ОУС двоичных сигналов ОФМ при неоднородных двух ветвях разнесения и ПВ а средняя вероятность ошибки (10) равна (18). Воспользовавшись двумя первыми членами ряда (19), где =т2, =(т1+т2), z=(т1/Н1–т2/Н2)h, (14) получим аппроксимацию ПВ (18) в виде:

При т=1 выражения (12) и (14) совпадают с со ответствующими выражениями (2). Выражение (14) при п=1 (одиночном приеме) совпадает с извест ным [7, с. 98] выражением вероятности ошибки при (20).

НП и общих замираниях огибающей ОУС ОФМ по закону Накагами.

б) Рассмотрим разнесенный прием с ветвями Найдем Рош.1 для АКП и первого слагаемого ап разнесения, неоднородными по глубине замираний проксимации в (20):

тi огибающей сигнала и по уровню АБГШ Ni.

Полагая ХФ для i-ой ветви разнесения равной (7) с параметрами тi, Нi, найдем одномернуюХФ суммы (1) для п независимых ветвей разнесения в виде:, которая с учетом табличного интеграла (6) равна:

(15), которая для двух (п=2) неоднородных ветвей разне (21) сения равна и для однородных ветвей гауссовского канала (т=1) (16) совпадает с вероятностью ошибки АКП (2) при п=2.

Найдем Рош.2 для АКП и второго слагаемого ап где А1=т1т1/Н1т1;

А2=т2т2/Н2т2 проксимации в (20):

В этом случае одномерную ПВ суммы (1) предста вим в виде:

которая с учетом табличного интеграла (6) равна:

.

РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ Используя табличный интеграл [6, (3.384.7)] В результате оценка средней вероятности ошиб ки поэлементного приема ОУС сигналов ОФМ при ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) Рис. 1. Оценки зависимости средней вероятности ошибок поэлементного автокорреляционного приема сигналов двоичной ОФМ при одиночном и разнесенном приеме с комбинированием ветвей разнесения по алгоритму Бреннана при независимых замираниях сигнала в ветвях по закону Накагами:

1, 4 — одиночный прием;

2, 6 — сдвоенный, строенный при однородных ветвях;

3, 7 — сдвоенный, строенный при неоднородных ветвях по параметру ОСШ (Hi);

5 — сдвоенный при неоднородных ветвях по параметрам Hi и mi.

АКП на выходе схемы комбинирования по Бренна нудвух неоднородных ветвей разнесения с замира ниями огибающей сигнала ветви по закону Накага ми равна:

.

Соответственно, оценка средней вероятности (22) ошибки АКП для третьего слагаемого аппроксима ции (19) с учетом табличного интеграла (6) равна:

Особый интерес для практики связи имеет оцен ка средней вероятности ошибки АКП или НП при п2неоднородных ветвей разнесения, например, в случае поражения части ветвей станционными по мехами при разнесении ветвей по частоте. Эта за дача имеет решение, когда l из п независимых вет вей являются однородными с параметрами m1, H1, а (п–l) ветвей являются также однородными, но с.

параметрами m2, H1.

В этом случае, согласно (7), (8), (15), одномерную ХФ суммы (1) п неоднородных ветвях разнесения В результате средняя вероятность ошибки по можно записать в виде:

элементного АКП ОУС сигналов ОФМ-2 при не однородных независимых ветвях разнесения с за (23) мираниями огибающей сигнала ветви по закону Накагами и комбинированием ветвей разнесения по где Бреннану (1) определяется выражением:

а одномерную ПВ в виде:

(24).

Оценка средней вероятности ошибок (10) АКП для первого из трех слагаемого аппроксимации (19) (25) РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ с учетом табличного интеграла (6) равна:

где ln ветвей с однородными параметрами m1, H1, а.

(п–l) с однородными параметрами m2, H2.

При НП средняя вероятность ошибки определя Оценка средней вероятности ошибки АКП для ется также выражениями (22) и (25) при замене Hi на второго слагаемого аппроксимации (19) с учетом та- Hi /2, где i=1,2.

312 бличного интеграла (6) равна:

Следует отметить, что выражение оценки сред- Таким образом, схема когерентного весового ней вероятности ошибки (25) определяет структуру комбинирования сигналов реализует функции бло выражения этой оценки при учете большего числа ка защиты от станционных помех, ослабляет вли членов ряда (19). Вместе с тем выражение (25) яв- яние глубоких замираний сигнала и обеспечивает ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) ляется общим выражением оценки эффективности максимальное ОСШ на выходе и соответственно систем связи без разнесения и с разнесенным при- меньшую вероятность ошибок (25) при приеме.

емом в канале с замираниями по закону Накагами и Результаты статьи имеют практическое значение комбинированием независимых ветвей разнесения для проектировщиков систем ВЧ радиосвязи, НИИ по Бреннану, находящихся в различных состояниях. Омского региона и других регионов РФ.

Например, при АКП ОУС сигналов двоичной ОФМ выражение (25): Библиографический список — позволяет при п=l=1, m1=m2=m, H1=H2= =H оценить помехоустойчивость системы связи 1. Прокис, Дж. Цифровая связь / Дж. Прокис ;

пер. с англ.

при одиночном приеме в канале с общими замира- под ред. Д. Д. Кловского. – М. : Радио и связь, 2000. –797 с.

ниями по закону Накагами или Релея (т=1) 2. Связь с подвижными объектами в диапазоне СВЧ / Под ред. У. К. Джейкса : пер. с англ. ;

под ред. М. С. Ярлыкова, ;

М. В. Чернякова. – М. : Связь, 1979. – 520 с.

3. Уильям К. Ли. Техника подвижных систем связи / Уиль — при п однородных ветвях разнесения с пара- ям К. Ли ;

пер. с англ. под ред. И. М. Пышкина. – М. : Радио и метрами m1=m2=m, Hi=H, i=1,2, п=l совпадает с связь, 1985. –392 с.

оценкой (12);

4. Майстренко, В. А. Статистические методы приема и об — при п=2 неоднородных ветвях разнесения с работки сигналов в системах радиосвязи. Руководство к реше параметрами (l=1, m1, m2, H1, H2) совпадает с оцен- нию задач / В. А. Майстренко, В. Ф. Попов. : учеб. пособие. – кой (22). Омск : ОМГТУ, 2009. – 119 с.

Оценки зависимости средней вероятности оши- 5. Долуханов, М. П. Флуктуационные процессы при рас бок поэлементного АКП ОУС двоичных сигналов пространении радиоволн / М. П. Долуханов. – М. : Связь, ОФМ от параметров mi и Hi, рассчитанные по выра- 1971. – 350 с.

жению (25) для одиночного и разнесенного приема 6. Градштейн, И. С. Таблицы интегралов, сумм, рядов и при различных состояниях ветвей разнесения, пред- произведений / И. С. Градштейн, И. М. Рыжик. – М. : Физмат ставлены на рис. 1. гиз, 1962. – 1118 с.

Графики (рис. 1) позволяют оценить эффектив- 7. Коржик, В. И. Расчет помехоустойчивости систем пе ность когерентного весового сложения сигналов од- редачи дискретных сообщений / В. И. Коржик, Л. М. Финк, нородных и неоднородных ветвей разнесения по ал- К. Н. Щелкунов – М. : Радио и связь, 1981. – 232 с.

горитму Бреннана. Например, согласно графикам 1, 2, 3 и 6, 7 помехоустойчивость разнесенного приема, при поражении одной (l=1) ветви разнесения стан ционной помехой с десятикратным по отношению к другим ветвям уровнем мощности, уменьшается, ПОПОВ Валерий Фдорович, кандидат техничес но остается выше, чем при (n–1) ветвях. Вместе с тем, на основании графиков 3 и 5, это снижение по- ких наук, доцент кафедры «Средства связи и инфор мехоустойчивости существенно зависит от глубины мационная безопасность».

замираний сигнала в неоднородных ветвях разнесе- Адрес для переписки: e-mail: rica2005@mail.ru ния, которая может компенсировать (при достаточ ных значениях mi) воздействие станционной помехи Статья поступила в редакцию 04.06.2012 г.

в других ветвях. © В. Ф. Попов Книжная полка 621.372/К Каганов, В. И. Радиотехнические цепи и сигналы. Компьютеризированный курс [Текст] : учеб. пособие для вузов по направлению «Радиотехника» / В. И. Каганов. – М. : ФОРУМ. – [Б. м.] : ИНФРА-М, 2012. – 431 с. :

рис., табл. – (Высшее образование).

В учебном пособии изложен материал по большинству разделов вузовский программы одноименного кур са. Рассматриваются основы теории по передаче и приему сообщений с помощью радиосигналов, по спек тральной теории сигналов и их генерированию, усилению, преобразованию, модуляции, детектированию, демодуляции и обработке. Излагается теория радиоэлектронных линейных, нелинейных и параметрических РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ цепей аналогового и цифрового типа. Приведено 100 программ на основе универсального математического пакета программ Mathcad по большинству разделов дисциплины, позволяющих с помощью компьютера ана лизировать и рассчитывать радиотехнические цепи и сигналы.

И. В. ХОМЕНКО УДК 621. А. Н. ЛЕПЕТАЕВ А. В. КОСЫХ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) Омский государственный технический университет МОДЕЛЬ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ СДВИГА ПО ТОЛЩИНЕ ДЛЯ ПЬЕЗОКВАРЦЕВЫХ ПЛАСТИН РЕЗОНАТОРОВ ОДНО- И ДВУХПОВОРОТНЫХ СРЕЗОВ В статье описывается численно-аналитическое моделирование толщинно-сдвиговых колебаний пьезокварцевых пластин резонатора. Модель применима для кварце вых резонаторов одноповоротных и двухповоротных срезов, позволяет исследо вать частотные свойства и активность мод сдвиговых колебаний по толщине в за висимости от среза кварца, формы пластины, расположения и формы электродов при различных температурах. Графическое решение модели показывает области локализации колебаний.

Ключевые слова: кварцевый резонатор, модель колебаний, колебания сдвига по толщине, термочувствительная мода, активность ангармонической моды.

Основным компонентом широко используемых ражения, через разложение их в ряды и анализируя кварцевых генераторов являются кварцевые резо- степень влияния членов ряда на конечный результат наторы. Известно, что в кварцевых резонаторах по- численного расчёта, можно построить модель доста мимо возбуждения колебания на рабочей частоте точной точности с приемлемым временем расчёта.

могут возбуждаться другие моды колебаний, явля- От трёхмерной задачи можно перейти к двумерной, ющиеся, так же как и рабочее колебание, неотъем- задав изменение по одной из координат уравнением лемым физическим свойством кварцевой пластины поверхности пластины резонатора в виде зависимо конкретной формы, размеров и углов среза [1–3]. сти её толщины от двух оставшихся координат. При Нерабочие моды, являются основной причиной по- таком подходе расчетная сетка конечных элементов явления возмущений в АЧХ кварцевых резонато- достаточно плотная, что позволяет получать реше ров. Это приводит к появлению дополнительных ние с достаточной точностью. Погрешность расче шумов в выходных сигналах генераторов и затруд- тов при этом в основном определятся адекватностью няет использование таких резонаторов в фильтрах. аналитической модели.

Акустическая связь между модами может послу- Для построения и расчёта модели необходимо жить причиной провалов активности рабочей моды. предварительно выбрать углы среза кварцевой пла Исследование активности мод в зависимости от кон- стины резонатора, толщину пластины в центре и струкции резонатора является актуальной задачей. температуру, при которой необходимо рассчитать Вопросам построения и апробации численно-анали- частоты колебаний. Значения констант кварца, не тической модели толщинно-сдвиговых колебаний обходимые для расчетов, приведены в [4]. Учитывая кварцевого резонатора посвящена предлагаемая температурные коэффициенты первого, второго работа. и третьего порядков для констант упругости, ко Аналитические методы решения задачи опреде- эффициентов теплового расширения, пьезоэлек ления собственных частот колебаний пьезопласти- трических констант и величины диэлектрической ны, разработанные Тирстеном и Стивенсоном [1, 2], проницаемости, можно рассчитать соответствую не всегда позволяют обеспечить необходимую точ- щие материальные константы и толщину в центре ность расчетов из-за принятых в них допущениях;

пьезопластины для выбранной температуры. Далее, кроме того, в расчетные формулы входят величины, используя правила преобразования тензоров, мож определение которых также весьма трудоемко.

Из- но вычислить компоненты тензоров материальных вестны попытки численного расчета собственных констант в повёрнутой системе координат, соответ частот колебаний [3], но используемая там сетка ме- ствующей выбранным углам среза пьезокварцевой тода конечных элементов является довольно грубой, пластины относительно кристаллографических осей РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ что характерно для объемных задач при стандарт- кварца [5, 6]. Вышеописанные действия удобней все ных объемах памяти персональных компьютеров. го оформить в виде программы, например, в среде В работе применены аналитические формулы MatCAD, и далее использовать при любых заданных для формирования уравнений зависимости компо- значениях температуры, углов среза и толщины пье нент амплитуды колебаний от координат на поверх- зопластины. После проведённых предварительных ности пьезопластины, которые затем решаются расчётов получаем данные для моделирования соб 314 численным методом. Анализируя аналитические вы- ственных колебаний кварцевой пластины.

(5) Рассмотрим один из возможных путей форми- sin(i·h/2)1, cos(i·h/2)–hi·h/2.

рования аналитической модели собственных коле баний пьезокварцевой пластины. Стоячую волну Для каждой точки пьезокварцевой пластины (моду) основного резонанса толщинно-сдвигового можно записать выражения для шести компонент ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) колебания можно получить сложением двух бегу- относительной деформации: r1=dUx/dx, r2=dUy/dy, щих в противоположные направления волн вида: r3=dUz/dz, r4=dUy/dz+dUz/dy, r5=dUz/dx+dUx/ /dz, r6=dUy/dx+dUx/dy. Для краткости записи U1y (y,t ) = Ay cos[ (t + y / )] = Ay cos( t + y ) применим следующее обозначение: символы, рас положенные в индексе после запятой, обозначают U 2 y (y,t ) = Ay cos[ (t y / )] = Ay cos( t y ), (1) частную производную этой величины по соответ ствующей координате, например dUy/dx=U2,1. Тог да амплитуды деформаций можно записать в виде:

где Ay — амплитуда колебания падающей волны (за висит от координат X и Z), — круговая частота, (6) r={U1,1–h2, U3,3, U2,3–h3, U3,1 +U1,3, U2,1 –h1 }T.

— скорость распространения волны в пластине, — волновой коэффициент (коэффициент распро Компоненты тензора напряжений определяются странения), являющийся пространственным анало по формуле: Tp=pqrq, где pq — тензор эффектив гом круговой частоты.

ных коэффициентов упругости кварца в системе Таким образом, стоячая волна:

координат пьезопластины (с учетом пьезоэффек та). Здесь и далее при обозначении индексов будем U y (y,t ) = U1y (y,t ) + U 2 y (y,t ) = использовать следующее правило имен: индексы с ( ) = 2 Ay sin( t ) sin( n y ) (2) именами i, j, k принимают значения от 1 до 3, а ин дексы с именами p, q принимают значения от 1 до 6.

С учетом сделанных приближений, для механи Для анализа пространственных амплитуд сме чески свободной пьезокварцевой пластины, не име щений достаточно записать выражение в виде:

ющей свободных электрических зарядов, основное, где максимальная амплиту уравнение формы колебаний моды вдоль поверх да смещений частиц кварцевой пластины равна ности, разрешённое относительно амплитуд Ui и амплитуд напряжений, для собственных частот тол, n =1, 3, 5,… щинно-сдвиговых колебаний может быть записано в виде:

В качестве расчетной системы координат будем использовать систему координат пьезопластины:

Ti1,1+Ti3,3+pi2p+2Ui=0, (7) ось X будет направлена вдоль длины пластины, ось Y — вдоль ее толщины, а ось Z — вдоль ширины. Бу где — собственная угловая частота моды, — плот дем использовать стандартную нумерацию осей ко ность кварца, а тензор, характеризующий гради ординат, при которой ось X имеет номер 1, Y — 2, и ент деформации, с учетом приближений (5) опреде Z — 3.

ляется выражениями:

Обозначим для произвольной точки на поверх ности пьезопластины амплитуды компонент сме =–{h1,1, ·U2, h3,3, h2,3+·U3, h3,1+ щений частиц среды через Ai(i=1..3), а толщину пла стины в данной точке обозначим через h. В плоских (8) +h1,3, h2,1 +·U1 }T, резонаторах используют полуволновые размеры пьезоэлемента, у которого в направлении частот- где =(n·/h)2.

ного размера укладывается целое нечётное n число Из уравнений (7) с использованием выражений полуволн n·h=n·. В линзовых пьезоэлементах это (6) и (8) формируется система дифференциаль равенство выполняется уже не во всех точках, по- ных уравнений относительно амплитуд смещений.

скольку толщина резонатора уже не является кон- Ниже, для примера, приведена система уравнений, стантой. полученная описанным способом.

Для заданного номера гармоники n с учетом при нятых обозначений можно записать следующее вы ражение для компонент смещений частиц среды Ui:

(3) Ui =Ai sin(i y), где i =n/h+hi, n — номер гармоники, hi — неиз вестная малая добавка к коэффициенту распростра нения, необходимая для обеспечения граничных ус ловий на поверхности резонатора.

При малых изменениях толщины пластины, ког да произведение hi·y намного меньше единицы, на поверхности пластины (где y=h/2) можно исполь зовать следующие приближенные соотношения:

РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ sin(i·h/2)–(–1)(n+1)/2, (4) cos(i·h/2) hi·(h/2)(–1)(n+1)/2.

Можно также пренебречь синхронным измене нием знака выражений (4) при изменении номера гармоники и упростить выражения: Переходя к электрическим параметрам резона тора, кинетическую энергию колебаний можно со поставить с энергией запасенной в катушке индук тивности эквивалентной схемы резонатора:

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) Lm I m = EK. (15) Im – амплитуда тока через резонатор.

Индуктивность резонатора Lm можно выразить через добротность Q и сопротивление потерь Rm :

(16).

Подставляя (16) и (14) в (15), получаем выраже ние для сопротивления потерь, которое характери где сpq — компоненты тензора эффективных коэф зует динамическое сопротивление резонатора:

фициентов упругости кварца в системе координат пьезопластины (с учетом пьезоэффекта) pq.

Данная система уравнений должна быть допол- (17).

нена граничными условиями на поверхности резо натора, в области электродного покрытия:

Ток через резонатор можно вывести через плот T2i =Ui 2ms, ность тока смещения J. Компонента электрического (9) смещения по оси Y, вызванная механической дефор мацией rp, через соответствующий пьезоэлектриче где ms — поверхностная плотность электродного по ский коэффициент e2p выражается в системе СИ:

крытия.

Решение всей системы в модальном анализе дает D2 = e2 p rp + C, (18) собственные частоты мод и распределение амплитуд смещений частиц по поверхности пьезоэлемента.

где константа С, может быть определена из условия Уравнение поверхности плосковыпуклого резона равенства нулю электрического потенциала на тора с учётом возможной эллипсоидной формы вы электродах после решения уравнения Пуассона:

ражается через толщину в центре пластины h0, полу оси (радиусы) эллипсоида Rsx, Rsy, Rsz и координаты x и z:

(19), (10).

где a — абсолютная диэлектрическая проницае мость.

Решение (18) для одной из ориентаций пластины Активность моды определяется её динамическим приводится в [4, с. 50–52].

сопротивлением. Вывод формулы для расчёта дина Поверхностная плотность зарядов на электродах мического сопротивления мод через амплитуды сме равна величине электрического смещения на по щений можно произвести через величину кинетиче верхности резонатора, поэтому ской энергии колебаний.

Объемная плотность кинетической энергии (20), 2, WK = (11) где — плотность материала, — амплитуда скоро- где Se — площадь электрода.

сти движения в данной точке. Подставляя (6) в (18), принимая во внимание гар Полная кинетическая энергия получается инте- монический закон изменения величин во времени, грированием (11) по объему резонатора: пренебрегая производными амплитуды колебаний вдоль поверхности пластины и используя уравнение (20), получаем:

. (12) (21).

Амплитуда скорости движения в каждой точке Подставляя (21) в (17), получим:

. (13) РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ (22).

Пренебрегая добавками hi и подставляя (13) в (12), получаем:

(14).

Выражения (6–10), (22), массивы материальных 316 констант и геометрические параметры кварцевой Таблица Сравнение значений собственных частот колебаний Значения собственных частот, полученных разными способами для резонатора SC — среза с параметрами:

срез yxbl/22° 20’/34° 6’, радиус кривизны R=300 мм, f311=5000 кГц ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) Измеренные частоты, приведён- Аналитический расчет частот, Расчет частот с использованием Мода ные в работе Тирстена, кГц проведённый Тирстеном, кГц полученной модели, кГц 302 5089 5078 320 5096 5085 304 5194 5168 340 5178 5154 322 5185 5161 324 5278 5243 342 5268 5236 Таблица Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными Вычисленное значе- Измеренное значение Вычисленное значение дина- Измеренное значение ние частоты, Индексы моды динамического мического сопротивления, Ом частоты, кГц кГц сопротивления, Ом Резонатор ТД-среза с радиусом кривизны RS=100 мм и QС311=0.825· 10100,36 С311 198 10100,400 196, 10302,89 С313 595 10295,724 10332,18 С331 778 10315,266 10494,9 С315 2913 10495,7646 10522,63 С333 2088 10507,968 11057,9 В311 162 11004,88 Резонатор ТД-среза с радиусом кривизны RS=300 мм и QС311=1,1· 9999,819 С311 103 9999,825 95, 10117,93 С313 843 10118,502 10134,67 С331 1400 10136,598 10229,93 С315 8797 10246,122 16624,83 С511 236 16633,880 10947,05 В311 87 10904,67 пластины и электродов являются основой предла- В табл. 2 приведен пример сравнения результатов гаемой численно-аналитической модели толщинно- расчёта и результатов измерения, полученных с по сдвиговых колебаний кварцевых пластин. Величина мощью анализатора параметров электронных цепей добротности Q задаётся исходя из уровня достигае- NETWORK ANALYZER 250В (Saunders & Associates мых применяемой технологией изготовления квар- Inc). Исследовались резонаторы двухповоротного цевой пластины средних значений добротности для ТД-среза (yxbl/23025’/340), изготовленных на 3-й выбранных размеров пластины. Уравнения решены механический обертон. Конструкция кварцевой метод конечных элементов, с использованием про- пластины резонаторов представляла собой плоско граммы решения дифференциальных уравнений в выпуклый прямоугольный элемент 10 мм7 мм с за частных производных [7]. круглёнными углами. В модели для всех ангармоник Первая апробация предлагаемой модели произ- исследуемого резонатора при вычислении динами водилась путём расчёта резонаторов с известными ческого сопротивления мод с помощью выражения параметрами и сравнением с данными приведенны- (22) использовалось измеренное значение добротно ми в исследовании известных зарубежных авторов сти Q основной С-моды 311. Толщина в центре пла [2]. Ниже (табл. 1) приводятся результаты сравнения стины h0, используемая в модели, корректировалась РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ расчетов значений собственных частот колебаний в пределах ±0,3% от размера, под который кварце для пластин SC-срезов. вая пластина изготавливалась.

Как видно из этой таблицы, расчет по приведен- Графические результаты расчёта собственных ной методике дает более близкие результаты к изме- мод колебаний, проведённые на основе предлагае ренным данным, чем расчет по формулам Тирстена. мой модели, имеют близкое сходство со снимками Далее апробация модели проводилась на основе рентгеновской топографии колеблющихся кварце экспериментальных данных, полученных в работе. вых пластин, приведённых в исследовании [8]. Не все моды могут возбуждаться электрически пода чей сигнала соответствующей частоты, в частности моды, у которых чётное число максимумов пере крывается площадью электродов, или динамическое ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) сопротивление которых больше модуля отрицатель ного сопротивления подключаемой схемы генерато ра. Но если частота рабочей моды, например термо чувствительной В-моды, окажется близкой к частоте одной из таких мод, может возникнуть акустическая связь с поглощением энергии рабочего колебания и соответствующим увеличением динамического со противления [9].

При производстве кварцевой пластины, для увеличения добротности резонатора наиболее ча сто применяют линзообразную форму. Поверх ности пластины придают сферическую форму с RS=RSX=RSY=RSZ. Однако реально сферичности можно добиться только с некоторой погрешностью, и поэтому более точно математически описать по верхность можно, применяя параметры эллипсоида (10). На рис. 1 показан изменяющийся вид распреде ления амплитуд смещений для моды С333 для трёх значений радиуса RSX. Моделировались сдвиговые колебания по толщине кварцевой пластины ТД среза с радиусом кривизны RS=100 мм (линзообраз ная форма) и частотой f311=10,100 МГц. Электроды резонатора на кварцевой пластине имеют квадрат ную форму. Замкнутые кривые линии означают от носительные уровни амплитуд смещений.

На рис. 2 и 3 показаны рассчитанные на модели зависимости значений частоты и динамического со противления моды С333 от отклонения размера по луоси эллипсоида в пределах ±5% при неизменной толщине в центре пластины и двумя другими полу осями, равными RS=100 мм для резонатора ТД-среза (yxbl/23025’/340). Моделирование показало, что при изменении размеров полуосей в пределах ± 5% фор ма линий уровня смещений и активность основных мод колебания меняются незначительно (около 1%), а частота на ±180 ppm, в то время как частота моды С333 меняется на ±1330 ppm (рис. 2). Динамическое сопротивление мод с высокими индексами может меняться в несколько раз (рис. 3) от точности выпол нения линзообразной формы пластины резонатора.

Измеряя частоты и динамические сопротивления мод с высокими индексами можно контролировать сферичность линзообразных пластин и выполнение технологических операций при их производстве.

С помощью модели получены распределения амплитуд смещений частиц поверхности кварце Рис. 1. Изменение распределения линий уровня вого пьезоэлемента ТД-среза для колебаний опор относительных значений амплитуд смещений для моды С ной С-моды и для колебаний термочувствительной для трех значений радиуса RSX при неизменной толщине в центре пластины h0 В-моды. Колебания сдвига по толщине термочув и неизменными двумя другими полуосями, ствительной В-моды являются ортогональными к равными RS=100 мм колебаниям сдвига опорной С-моды, по вектору сме щений частиц пьезоэлемента. Расчёт распределения амплитуд смещений частиц позволяет описать лока лизацию пространственно-совмещённого темпера турного датчика кварцевого резонатора, построен ного на термочувствительной В-моде, относительно опорной С-моды и сравнить, с использованием те пловой модели резонатора, тепловые постоянные времени С-моды и В-моды в зависимости от темпе РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ ратуры резонатора, построить расчётные тепловые переходные характеристики [10].

Заключение. Представленная в статье разрабо Рис. 2. График зависимости частоты моды С333 танная модель собственных толщинно-сдвиговых от отклонения размеров полуосей колебаний в пьезокварцевой пластине имеет доста эллипсоидной поверхности от сферы:

точную точность вычислений для анализа применя 1 — зависимость от RSX, 2 — зависимость от RSY, 318 емых конструктивных решений, позволяет учиты 3 — зависимость от RSZ 4. Зеленка, И. Пьезоэлектрические резонаторы на объем ных и поверхностных акустических волнах: Материалы, техно логия, конструкция, применение / И. Зеленка ;

пер. с чешск. – М. : Мир, 1990. – 584 с.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 5. Дж. Най. Физические свойства кристаллов и их описа ние при помощи тензоров и матриц / Дж. Най. – 2-е изд. – М.

: Мир, 1967. – 385 с.

6. B. A. Auld. Acoustic fields and waves in solids. Volume 1.

USA, Wiley, 1973, p.p.74-76.

7. Сайт разработчика (PDE Solutions Inc) программы, пред назначенной для построения сценарных моделей решения дифференциальных уравнений в частных производных ме Рис. 3. График зависимости динамического тодом конечных элементов [Электронный ресурс]. – URL :

сопротивления моды С http://www.pdesolutions.com (дата обращения :12.05.2012).

от отклонения размеров полуосей эллипсоидной 8. Slavov S. X-ray diffraction topography analysis of TS-TT поверхности от сферы:

1 — от RSX, 2 — от RSY, 3 — от RSZ vibrations in contoured AT-cut quartz resonators // 1998 IEEE international frequency control symposium, 1998. – p. 836 – 843.

9. Хоменко, И. В. Исследование нестабильности динамиче вать влияние конечных размеров, влияние формы ского сопротивления В-моды двухмодового кварцевого резона граней кристаллической пластины и не имеет огра тора ТД-среза в интервале температур / И. В. Хоменко, А. В.

ничения на форму электродов и закон изменения Косых, А. Н. Лепетаев // Омский научный вестник. – 2005. – толщины пластины. Модель позволяет определить № 3(32). – С. 157–161.

частоты собственных толщинно-сдвиговых коле 10. Хоменко, И. В. Результаты исследования термостати баний резонаторов, проанализировать активность рованного кварцевого генератора с двухмодовым возбуждени мод, изучить влияние отклонений геометрических ем резонатора ТД-среза на численно-аналитической модели / параметров пьезоэлемента на частоту и активность И. В. Хоменко // Омский научный вестник. – 2008. – № 3(70). – мод, наглядно показать распределения амплитуд С. 115–121.

смещений, позволяет оптимально подобрать форму и размеры электродов для повышения активности необходимой моды колебаний. Использованный подход позволяет также получить результаты непо средственно в графическом виде. ХОМЕНКО Игорь Витальевич, кандидат техниче ских наук, научный сотрудник кафедры «Радиотех Библиографический список нические устройства и системы диагностики».

Адрес для переписки: e-mail: hiv_hi@omgtu.ru ЛЕПЕТАЕВ Александр Николаевич, кандидат тех 1. Tiersten H. F., Yang J. S. An analysis of contoured quartz нических наук, доцент кафедры «Радиотехнические resonators with beveled cylindrical edges. Proceedings of the 49th устройства и системы диагностики».

Annual Symposium on Frequency Control, p.p.727–739, San КОСЫХ Анатолий Владимирович, доктор техни Francisco, California, USA 1995.

ческих наук, заведующий кафедрой «Радиотехниче 2. Stevens D. S., Tiersten H. F. An analysis of doubly-rotated ские устройства и системы диагностики», прорек contoured quartz crystal resonators. Proceedings of the 39th тор по научной работе.

Annual Symposium on Frequency Control, 1985, pp.436-447.

Адрес для переписки: e-mail: hiv_hi@omgtu.ru 3. Dulmet B., Bourquin R., Spassov L., Velcheva R.. Finit element analysis of activity dips in NLC-cut quartz temperature sensors, pp. D_033, Proc. Of 16-th European Frequency and Time Статья поступила в редакцию 31.05.2012 г.

Forum, 2002. © И. В. Хоменко, А. Н. Лепетаев, А. В. Косых Книжная полка 621.391/У Умняшкин, С. В. Теоретические основы цифровой обработки и представления сигналов [Текст] : учеб. по собие для вузов по направлению 230100 «Информатика и вычислительная техника» / С. В. Умняшкин. – М. : ИД Форум. – [Б. м.] : ИНФРА-М, 2012. – 301, [1] с. : рис., табл. – (Высшее образование). – Библиогр.:

с. 301–302.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению «Информатика и вычисли тельная техника» и специальности «Прикладная математика», включает в себя общие теоретические во РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ просы, связанные с цифровым представлением сигналов, основами анализа линейных дискретных систем.

Значительное внимание уделено вопросам эффективного представления информации (сжатия данных) и использования вейвлет-преобразований.

А. В. ДУДАРЕВ УДК 621.372.8:621.385. В. П. КИСМЕРЕШКИН Г. Н. ЛОБОВА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) Омский государственный технический университет ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО ВОЛНОВОДА ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ПРОБЛЕМЕ СВЧ ОБЛУЧЕНИЯ В работе исследовано поле волновода поверхностной волны в режиме переиз лучения. Переизлучение поверхностной волны осуществляется группой соосных с проводом волновода вибраторов. Приведены результаты экспериментальных ис следований распределения поля вдоль волновода, работающего в различных ре жимах. Показана возможность повышения эффективности переизлученного поля и ее регулировки бесконтактным перемещением отражателя.

Ключевые слова: однопроводная линия передачи, СВЧ сушка древесины, возбуж дение поверхностной волны, волновод, «Т» волна, рефлектор.


Целью данной работы является исследование строение обеспечивает не только короткое замыка волновода поверхностной волны в режиме переиз- ние отражателя с проводом волновода, но и оказы лучения, осуществляемое резонансными вибрато- вается возможным перемещение отражателя вдоль рами при различных режимах волновода. провода волновода при достаточно хорошем элек В 2000-х гг. активно проводились работы по опти- трическом замыкании с проводом.

мизации антенных устройств на основе открытого В соответствии с описанными вариантами воз волновода на частотах от 1,4 до 2,4 ГГц [1]. Настоящая буждения решетки переизлучателей были проведе работа проводилась на частоте 915 МГц, был введен ны следующие экспериментальные исследования:

ряд улучшений и модификаций при изготовлении — изменение напряженности поля ПВ при пере линии, например, таких как фиксация устройства мещении отражателя в режимах нагруженной ли возбуждения к рефлектору, использование зонда в нии и открытого резонатора;

виде симметричного вибратора для снятия сигнала. — возбуждение линии при одном переизлучаю Волновод поверхностных волн (ПВ) в виде одного щем вибраторе в режимах нагруженной линии и от провода с диэлектрическим покрытием представля- крытого резонатора;

ет интерес как система, с помощью которой можно — возбуждение линии при двух переизлучаю возбуждать совокупность переизлучателей. Указан- щих вибраторах в режимах нагруженной линии и ные переизлучатели, будучи определенным образом открытого резонатора.

распределенными вдоль волновода и связанные с Исходные данные ПВ следующие:

ним, позволяют реализовать требуемое распределе- — в качестве провода использована дюралюми ние переизлучаемого поля [2]. ниевая трубка;

— длина волны в волноводе: В=0,32 м;

При этом поверхностный волновод может нахо — длина установки: L/В10;

диться в двух состояниях: в режиме бегущей волны и в режиме открытого резонатора. В первом случае — частота поля: f=915 МГц;

режим бегущей волны достигается тем, что волно- — экспериментальные расчетные параметры вод нагружается на согласованную нагрузку. Под- волновода: t/В=0,62·10-2 (где t — толщина диэлек водимая мощность рассеивается на переизлучате- трического покрытия);

dПРОВОДА=3·10–3 м (где d — лях и балластной нагрузке. Коэффициенты связи диаметр), dДИЭЛЕКТРИКА=2·10-5 м, dПРОВОДА/В=1,87·10–2;

выбирают (устанавливают) таким образом, чтобы реализовать требуемое распределение поля при ми нимальном рассеянии на балластной нагрузке. Экс периментально достигнут уровень переизлучения при рассеянии в нагрузке на (1520) дБ ниже под водимой мощности. Другой вариант возбуждения переизлучателей — посредством открытого резона тора, образуемого на участке ПВ. При этом режим РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ стоячих волн образуется отражателем поверхност ной волны в виде проводящего диска, установлен ного на конце волновода. Короткое замыкание с волноводом обеспечивается четвертьволновым ко- Рис. 1. Схема экспериментальной установки, аксиалом, образуемым трубой, надетой на провод с где 1 — провод с диэлектрическим покрытием, 2 — возбуждающие вибраторы, 3 — отражатель, диэлектрическим покрытием. Таким образом, оба 4 — генератор, 5 — балластная нагрузка, 320 конца линии соединены с рефлекторами. Такое по- 6 — приемное устройство с зондом ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) Рис. 2. Переизлучатели, устанавливаемые вдоль линии ния) и в режиме короткого замыкания (сплошная линия) приведены на рис. 3. Как видно из представ ленных кривых в случае режима линии как откры того резонатора имеет место четкое распределение поля по закону синусоиды с ярко выраженными ми нимумами и максимумами. Разница между макси мумом и минимумом составляет порядка 20 дБ. Рас стояние между минимумами в длинах волн близко к половине длине волны (0,16 м), что свидетельствует не только о наличии вдоль провода поверхностной волны, но и о соответствующем положении отража теля, обеспечившем режим открытого резонатора.

Что касается режима нагруженного ПВ, то данный режим, хотя и далек от согласованного, вместе с тем разность в значениях максимума и минимума неве лика и составляет около (56) дБ. Характерным яв Рис. 3. График зависимости распределения поля при перемещении рефлектора: сплошная линия — режим ляется наличие волнового процесса с длиной волны без нагрузки, пунктирная — режим с нагрузкой (0,327 м), близкой к расчетной длине волны в линии (0,326 м).

Особенностью описанного эксперимента яв — устройство возбуждения ПВ: «звезда» из трех ляется индикация напряженности электрического полуволновых вибраторов, один из которых соеди поля в области структуры поверхностной волны, то нен с коаксиальным фидером через запирающий есть в пределах граничного радиуса (зонд для фик четвертьволновый стакан;

сации сигнала находится не далее 0,16 м от линии).

— рефлектор представляет собой проводящий В этом случае излучение минимально и измеритель диск диаметром 3·xГР, где xГР — граничный радиус ная установка не требует особых мер по исключе xГР=0,35 м, D/В 3.

нию влияния за пределами граничного радиуса.

Установка, изображенная на рис. 1, состоит из Для практики использования поверхностного натянутого относительно двух опор провода 1 с ди волновода особый интерес представляет режим пе электрическим покрытием из «фторопласта-4».

реизлучения поверхностной волны с помощью той В качестве короткозамыкателей были использованы или иной неоднородности. С этой целью установка четвертьволновые отрезки коаксиальной линии, об с отрезком поверхностного волновода была моди разуемые трубкой и проводом волновода. Указан фицирована путем установки на проводе переиз ные трубки одним концом гальванически соединя лучателя в виде резонансного вибратора [4, 5]. Это лись с отражателем 3 в виде круглого проводящего позволяет измерить (исследовать) непосредственно диска. «Звезда», образуемая возбуждающими ви переизлучаемое поле, отделив его от поля поверх браторами 2, соединялась с генератором 4, на про ностной волны. Для этого достаточно зонд устано тивоположном конце линии крепилась балластная вить за пределами граничного радиуса (0,16 м).

нагрузка 5. Таким образом, исследованию подлежал В частности, различные режимы при исследовании отрезок изолированного провода, вдоль которого поля ПВ представлены на рисунках (рис. 4а–г). На могли свободно, без гальванической связи с прово рис. 4а–б линия нагружена на согласованную на дом, перемещаться два параллельных отражателя.

грузку, на рис. 4в–г линия в режиме открытого ре Возбуждение поверхностной волны осуществля зонатора.

лось тремя полуволновыми вибраторами, соединен Особенностью установки является наличие от ными вершинами в «звезду», путем трансформации ражателя, установленного около вибраторов на рас «Т» волны в поверхностную волну Е00 [3]. При этом стоянии dРxГР. Это позволяет в значительной сте один из вибраторов соединен с фидером через за пени избавиться от отраженных внешними пред пирающий четвертьволновый стакан. Аналогично метами лучей. Результаты измерений показаны на другой конец волновода нагружался на балластную рис. 5а–б. На рис. 5а в линию внесли один переиз нагрузку.

лучающий вибратор и провели эксперименты по из Вдоль поверхностного волновода 1 перемещалась учению переотраженного поля от перезлучателя в каретка с зондом 6 в виде диполя, с которого сни двух режимах — с нагрузкой и без нагрузки. Анало мался сигнал на приемник. Зонд имел возможность гичный эксперимент изображен на рис. 5б, только в установки с учетом поляризации и минимального РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ линии использованы два переизлучателя.

влияния на структуру поля поверхностной волны.

Как показывают результаты измерений в на На рис. 2 показан провод установки, на котором груженном режиме (пунктирная линия) и в режиме установлены переизлучатели в виде соосных с про открытого резонатора (сплошная линия), в первом водом трубчатых отрезков, соизмеримых с длиной случае имеет место изменение поля в пределах 1 дБ волны.

при перемещении отражателя более чем на полови Результаты измерений распределения поля вдоль ну длины волны. В режиме открытого резонатора ПВ для случаев нагруженной линии (пунктирная ли ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) Рис. 4б. Режим с нагрузкой на конце ПВ:

Рис. 4а. Режим с нагрузкой на конце ПВ:

поле волновода, нагруженного переизлучателями, поле волновода ПВ в чистом виде, установка нагружена на конце на согласованную нагрузку установка нагружена на конце на согласованную нагрузку Рис. 4в. Режим открытого резонатора: Рис. 4г. Режим открытого резонатора: поле открытого поле открытого резонатора резонатора, нагруженного на переизлучатели переизлученное поле изменяется в пределах 11 дБ, для Омской области. Ведь, как известно, во всех что свидетельствует о возможности регулирования районах СФО существует огромная потребность переизлученного поля путем бесконтактного пере- в качественной, быстрой, экономически выгодной мещения отражателя. сушке и доставке древесины. Продолжение работ В результате выполнения экспериментов с ПВ в направлении СВЧ сушки древесины даст суще на частоте 915 МГц были достигнуты следующие ре- ственный толчок развитию деревообработки, вы зультаты: ведет из застоя многие предприятия области. Также — неравномерность распределения поля без пе- данный вид разработки влечет за собой развитие реизлучающих вибраторов составила в режиме без и других областей промышленности, в частности, нагрузки ±22 дБ, в режиме с нагрузкой ±11 дБ;


диэлектрический нагрев битумных масс, керамиче — неравномерность распределения поля с одним ских изделий, лекарственных трав, зерновых куль переизлучающим вибратором составила в режиме тур и т.д.

без нагрузки ±9 дБ, в режиме с нагрузкой ±5 дБ;

— неравномерность распределения поля с двумя Библиографический список переизлучающими вибраторами составила в режи ме без нагрузки ±10 дБ, в режиме с нагрузкой ±1 дБ. 1. Оптимизация антенных устройств на основе открытого Таким образом, данными исследованиями предо- волновода / В. П. Кисмерешкин [и др.] // Динамика систем, ме пределены возможности реализации облучающих ханизмов и машин : материалы V Междунар. науч.-техн. конф., установок СВЧ, в которых: 16–18 нояб. 2004 г. : в 4 кн. / ОмГТУ и др. – Омск, 2004. – Кн.

— в режиме открытого резонатора возможно 3. – 255 с.

существенное увеличение переизлучаемого уровня 2. Лобова, Г. Н. Лабораторный практикум по электроди напряженности электрического поля;

намике на основе поверхностного волновода / Г. Н. Лобова // — в режиме открытого резонатора возможна Физическое образование в вузах. – М., 2002. – 91 с.

бесконтактная регулировка уровня переизлучаемо- 3. Пат. 21144720 Российская Федерация, МПК7 Н 01 Q 9/00, го поля;

H 01 Q 9/44. Устройство возбуждения поверхностной волны / — распределение переизлучаемого поля опреде- Кисмерешкин В. П., Лобова Г. Н. ;

заявитель и патентооблада ляется электромагнитной связью переизлучателей с тель Кисмерешкин В. П., Лобова Г. Н. – № 98118738/09 ;

заявл.

полем поверхностного волновода. 10.12.1998 ;

опубл. 01.20.00, Бюл. № 2. – 6 с.

Данная работа является важным шагом по про- 4. Пат. 2118874 Российская Федерация, МПК7 Н 01 Q кладыванию дороги в СВЧ сушильную индустрию 21/00. Вибраторная решетка / Кисмерешкин В. П., Лобо РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ Рис. 5а. График зависимости распределения поля Рис. 5б. График зависимости распределения поля при перемещении рефлектора при перемещении рефлектора (внесли один вибратор в линию): (внесли два вибратора в линию):

сплошная линия — режим без нагрузки, сплошная линия — режим без нагрузки, 322 пунктирная — режим с нагрузкой пунктирная — режим с нагрузкой кафедры «Средства связи и информационная безо ва Г. Н. : заявитель и патентообладатель Опытно-конструк пасность»;

почетный радист СССР, почетный работ торское бюро «Иртыш». – № 94020606/09 ;

заявл. 02.06.1994 ;

ник высшего профессионального образования РФ, опубл. 10.09.1998, Бюл. № 28. – 3 с.

член-корреспондент Сибирского отделения акаде 5. Кисмерешкин, В. П., Моделирование линейной антен ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) мии наук высшей школы.

ной решетки на основе однопроводной линии передачи / ЛОБОВА Галина Николаевна, кандидат физико В. П. Кисмерешкин, Г. Н. Лобова // Приборы и техника экспе математических наук, доцент кафедры «Средства римента : науч. журн. – 1995. – № 5. – С. 85–86.

связи и информационная безопасность».

Адрес для переписки: mangas86@mail.ru ДУДАРЕВ Алексей Валерьевич, аспирант кафе дры «Средства связи и информационная безопас ность» радиотехнического факультета.

КИСМЕРЕШКИН Владимир Павлович, доктор Статья поступила в редакцию 30.05.2012 г.

технических наук, профессор (Россия), профессор © А. В. Дударев, В. П. Кисмерешкин, Г. Н. Лобова А. В. МОРОЗОВ УДК 681. В. Г. ШАХОВ Омский государственный университет путей сообщения АНАЛИЗ АТАК НА БЕСПРОВОДНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ В статье приведена классификация атак на беспроводные компьютерные сети.

Атаки проанализированы по основным целям. Даны множественные примеры и краткое описание различных типов атак. Рассмотрены механизмы атак на беспро водные компьютерные сети, таких как «человек посредине» и «отказ в обслужива нии». Представлена статистика ущерба от компьютерных атак.

Ключевые слова: беспроводные атаки, атаки на конфиденциальность, атаки на це лостность, атаки на доступность, атаки «человек посредине», атаки «отказ в обслу живании».

В последние годы идёт стремительное развитие и или используются для облегчения проведения дру распространение беспроводных локальных сетевых гого типа атак. К этому типу атак, также можно от технологий. Технологии Wi-Fi и WiMAX уже заняли нести атаки на аутентификацию [2];

свою нишу на рынке беспроводных сетей. Беспро- — атаки на доступность: эти атаки препятствуют водные приложения позволяют людям «расширить» доставке беспроводных сообщений для легализации свое рабочее место и получить в результате это- пользователей посредством вывода из строя сете го ряд преимуществ. С появлением беспроводной вых ресурсов.

Internet-связи на первый план вышли вопросы обе- Атаки «Человек посредине». Атаки вида «чело спечения безопасности. В данной области имеются век посередине» (Man In The Middle — MITM) вы существенные недоработки, о чём говорит статисти- полняются на беспроводных сетях гораздо проще, ка атак на беспроводные сети. Основные угрозы при использовании беспроводных сетей — это перехват сообщений спецслужб, коммерческих предприятий и частных лиц, перехват номеров кредитных карто чек, кража оплаченного времени соединения, вме шательство в работу коммуникационных центров.

Как показывают исследования Танассиса Ги аннетсоса и Тассоса Димитриоу из Афинского на учно-исследовательского центра информационных технологий, а также Нэли Прасад из Олборгского университета, большинство поддерживаемых в на стоящее время беспроводных атак подпадают под РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ одну из следующих категорий [1]:

— атаки на конфиденциальность: эти атаки пыта ются перехватить секретную информацию, отправ ляемую средствами беспроводной передачи;

— атаки на целостность: данные атаки посылают кадры ложного контроля, управления или содержа щие данные для возникновения сбоя на получателе, Рис. 1. Атака «подслушивание»

Таблица 1 Таблица Спуфинг атаки DDoS-атаки Тип атак Описание Тип атак Описание ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) Интерферен- Заглушаются точки доступа легитимной сети, Атака канального уровня. На сетевой карте из ция точки оставляя свою точку доступа с тем же самым меняется MAC-адрес, что заставляет коммутатор MAC-спуфинг доступа именем сети [4].

отправлять пакеты на порт, к которому подклю чен злоумышленник.

Огромный поток бессмысленных запросов с разных компьютеров с целью занять «враже Позволяет разместить в ARP-кэше жертвы Флуд ARP-спуфинг скую» систему работой и этим временно вывести ложную запись.

её из строя.

Используются IP-пакеты, отправляемые жертве, На атакуемый узел направляется большое IP-адреса хоста, которому она доверяет;

легко IP-спуфинг количество SYN-пакетов по протоколу TCP. При осуществима в UDP, в некоторых случаях воз SYN-флуд этом на атакуемом сервере через короткое время можна в TCP-соединениях.

исчерпывается количество открытых сокетов и сервер перестаёт отвечать Заражение кэша DNS-сервера жертвы ложной DNS-спуфинг записью.

Атакует канал связи. Провайдеры предполагают, что UDP более приоритетен, чем TCP. Большим Атакующий способен просматривать пакеты UDP-флуд количеством UDP-пакетов разного размера вы TCP Hijacking участников сети и посылать свои собственные зывается перегрузка канала связи, и сервер, ра пакеты в сеть.

ботающий по протоколу TCP, перестаёт отвечать.

Тот же механизм, что и в UDP-флуде, с помощью ICMP-флуд ICMP-пакетов.

чем на проводных, т.к. в случае проводной сети к ней требуется какой-нибудь вид доступа. Обычно Создаются незавершенные или полуоткрытые атаки «человек посредине» имеют две разновидно- соединения. Атаки RST могут также вызывать RST атака постоянное изменение маршрута маршрутизато сти: подслушивание и манипуляция.

ром, что отнимает его ресурсы.

При прослушивании злоумышленник просто прослушивает набор передач между различными Кража точки Физическое удаление точки доступа из публич хостами, при этом компьютер злоумышленника не доступа ного пространства.

должен быть одной из сторон в соединении (рис. 1).

Атаки манипуляции используют возможность Таблица прослушивания и нелегального захвата потока дан- Атаки на конфиденциальность ных с целью изменения его содержимого, необхо- Тип атак Описание димого для удовлетворения некоторых целей злоу Подслуши- Перехват и декодирование незащищённого сете мышленника [3].

вание вого трафика (рис 1).

Атакующий находится между двумя корреспон дентами, которые считают, что держат связь друг с Взлом Сбор данных для восстановления WEP-ключа, ис другом, тогда как в действительности каждый из них WEP-ключа пользуя атаку полного перебора или атаку FMS.

держит связь с атакующим.

Когда между двумя корреспондентами устанав- Запуск телефонного портала или Web-сервера на Фишинг точ ливается шифрованное соединение, генерируется «двойнике» точки доступа для «ловли» пользова ки доступа тельских логинов и номеров кредитных карт.

секретный ключ, который передаётся с помощью ассиметричного шифра. Обычно этот ключ приме- Запуск инструментов традиционной атаки чело Человек няется для шифрования последующего обмена дан- век посередине на двойнике точки доступа, для посредине ными между корреспондентами. Поскольку ключ перехвата TCP-сессий или SSL/SSH туннелей.

передаётся защищённым образом, а все передавае мые впоследствии данные защищены этим ключом, Таблица Атаки на целостность весь этот трафик оказывается недоступным для чте ния тому, кто потенциально может его перехватить. Тип атак Описание Однако при атаке «человек посередине» корре Инъекции Создание и отправка поддельного кадра спондент А считает, что обменивается данными с В, в фрейм 802.11.

а В считает, что обменивается данными с А, хотя в реальности оба обмениваются данными с атакую- Повторное Перехват и/или модификация данных воспроизведение фреймов для последующего повторного вос щим. Поэтому когда А договаривается об установ данных произведения.

лении закрытого соединения с В, фактически он от крывает шифрованное соединение с атакующим, в Глушение получателя для предотвращения Удаление данных доставки подтверждений для удалённых процессе чего последний, используя ассиметричное кадров.

шифрование, узнаёт секретный ключ. После этого атакующему надо открыть второе закрытое соеди- Захват протокола 802.1X EAP для последую 802.1X EAP Replay нение с В, и В будет считать, что связался с А (рис. 2). щего воспроизведения.

Находясь по середине и располагая двумя раз Захват приёма доступа RADIUS или отклоне ными ключами, атакующий может перехватывать и 802.1X RADIUS ние сообщения для последующего воспроиз Replay даже изменять трафик между А и В, которые ничего ведения.

не подозревают.

РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ Спуфинг-атаки — это сетевые атаки, когда один участник маскируется под другого. Наиболее рас- При этом атакующий получает возможность моди пространённые спуфинг-атаки (табл. 1) [4]. фикации трафика или, как минимум, его просмотра.

В большинстве своём спуфинг-атаки направлены В случае IP-спуфинга преследуется другая цель — на то, чтобы заставить жертву отправлять трафик не заставить жертву поверить, что трафик приходит от легитимному получателю напрямую, а атакующему, легитимного отправителя и поверить ему (или как 324 который затем уже ретранслирует трафик дальше. минимум пропустить его).

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) Рис. 2. Атака «человек посредине»

Рис. 3. Атака «отказ в обслуживании» в беспроводных коммуникациях является спуфинг точек доступа, даже с WEP аутен Таблица Атаки на аутентификацию тификацией. Клиентская часть обычно конфигури руется таким образом, чтобы связываться с точкой Тип атак Описание доступа с наиболее сильным сигналом. Нападавший Восстановление WPA PSK из захваченных может просто подделывать SSID (название) точки Взлом PSK ключевых кадров установления соедине доступа и клиенты автоматически будут с ней свя ния, с помощью атаки по словарю.

зываться.

Захват учётных данных пользователя Существует несколько видов DDoS-атак (табл. 2) Кража логина (адрес электронной почты и пароль) [6].

приложения с текстом протоколов приложений.

Атаки на конфиденциальность. Эти атаки на правлены на перехват личной информации, которая Восстановление учетных данных поль Взлом логина зователя (например, логин и пароль ОС передаётся по беспроводной сети в открытом виде домена Windows), взломом хэшей паролей.

или зашифрованном, с помощью 802,11 либо прото колов верхнего уровня (табл. 3).

Восстановление учетных данных поль Взлом логина VPN зователя (пароля PPTP или PSK IPsec) с Атаки на неприкосновенность (на целостность).

помощью атаки полного перебора.

Данные атаки посылают фреймы ложного контроля, управления или содержащие данные для возникно Захват личных данных из пакетов ответа 802.1X Identity Theft вения сбоя на получателе, или используются для об 802.1X Identity с открытым текстом.

легчения проведения другого типа атак (табл. 4).

Атаки на аутентификацию. Злоумышленники используют эти атаки, чтобы украсть личные дан Атаки отказа в обслуживании (DDoS атаки). ные и полномочия, для доступа к другим частным Цель любой атаки отказа в обслуживании состоит сетям и сервисам (табл. 5).

в создании помехи при доступе пользователя к се- Ущерб от кибератак. Компания Ponemon Institute, тевым ресурсам. Беспроводные системы особенно регулярно выпускает исследования на тему стоимо восприимчивы к DDoS атакам из-за путей по кото- сти ущерба от компьютерных атак. Отчет Ponemon рым различные уровни OSI стека взаимодействуют Institute «Second Annual Cost of Cyber Crime Study»

между собой [5]. показывает, какой ущерб терпят фирмы в реальных Достаточно трудно доказать сам факт проведе- условиях работы. Всего в исследование приняло ния DDoS атаки на физическом уровне в беспровод- участие 50 американских компаний, из различных РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ ной сети. Злоумышленник может создать устрой- отраслей промышленности, с количеством рабочих ство, заполняющее весь спектр на частоте 2,4 ГГц мест более 700. Так вот оказалось, что средний еже помехами и нелегальным трафиком — такая задача годный ущерб от различного рода кибератак для не вызывает особых трудностей (рис. 3). 50 компаний составляет примерно 5,9 млн. долларов.

Одним из наиболее часто используемых спо- По сравнению с прошлым 2010 годом ущерб от атак собов нападения на канальный уровень является увеличился на 56%. В эту сумму входят затраты на управление разнесенными антеннами. Другой про- расследование и ликвидацию последствий инциден блемой на канальном уровне беспроводных сетей та, прямой финансовый ущерб, потери вследствие ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) Рис. 4. Частота в процентах различных типов атак Рис. 5. Зависимость расходов на восстановление от метода нападения Рис. 6. Среднее количество дней на разрешение атак нарушения работы сотрудников и нарушения биз- Больше всего времени занимает разрешение нес-процессов, возможные репутационные риски атак от инсайдеров (внутренних злоумышленни в случае, если инцидент стал публично известным, ков), вредоносного кода и веб-атак (рис. 6).

Заключение. Вопросам обеспечения безопас упущенная прибыль, и т.д. [7].

РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ Чаще всего компании подвергаются таким ви- ности компьютерных сетей, а именно безопасно дам компьютерных атак, как вирусы, черви, трояны, сти беспроводных сетевых технологий необходимо вредоносные программы и бот-сети. Реже всего ата- уделять особое внимание, так как в данной области ки типа DDoS (рис. 4). существуют серьёзные пробелы, и на сегодняшний Веб-атаки и атаки «отказ в обслуживании» нано- момент ни один стандарт связи, для коммуникации сят самый большой финансовый ущерб различным в беспроводной локальной сети не имеет необходи 326 предприятиям и компаниям (рис. 5). мых средств и методов защиты передачи данных.

Результаты проведённых исследований наглядно 4. Хелд, Гилберт. Технологии передачи данных : научное показывают какие типы атак на компьютерные сети издание / Г. Хелд. – 7-е изд. – СПб. : Питер, 2003. – 720 с.

являются наиболее распространёнными. А также 5. Методы взлома WI-FI сетей [Электронный ресурс]. – позволяют не только спрогнозировать финансовый Режим доступа: http://www.glavsetstroy.ru/articles.php?id= ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) ущерб, который могут нанести кибератаки, и при- (дата обращения: 09.12.2011).

мерное время разрешения их последствий, но и бо- 6. Common Network Attacks and Exploits [Электронный лее эффективно строить политику безопасности как ресурс]. – Режим доступа: http://nsrc.org/workshops/2008/ проводных компьютерных сетей, так и беспровод- ait-wireless/kemp/network-attacks.pdf (дата обращения:

ных. 09.12.2011).

Множество различных угроз, статистика атак на 7. Ponemon. Second annual cost of cyber crime study.

беспроводные компьютерные интерфейсы и ущерб Research report, Ponemon Institute, Aug 2011 [Электронный ре от этих атак — всё это подтверждает необходимость сурс]. – Режим доступа: http://www.arcsight.com/collateral/ в совершенствовании алгоритмов защиты информа- whitepapers/2011_Cost_of_Cyber_Crime_Study_August.pdf ции стандартов беспроводных сетей. (дата обращения: 15.12.2011).

Библиографический список 1. Беспроводные сети как оружие: Утилита для совершения атак против сенсорных сетей (Часть I) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.securitylab.ru/analytics/406876.php (дата обращения: 04.12.2011).

ШАХОВ Владимир Григорьевич, кандидат техни 2. State of Ohio IT Standard [Электронный ресурс]. – Ре ческих наук, профессор (Россия), профессор кафе жим доступа: http://das.ohio.gov/LinkClick.aspx?fileticket=IYI дры «Автоматика и системы управления».

Fdg16jQ8%3d&tabid=108 (дата обращения: 04.12.2011).

МОРОЗОВ Антон Валерьевич, аспирант кафедры 3. Методические указания к лабораторным работам по «Автоматика и системы управления».

курсу «Методы и средства защиты информации» [Элек Адрес для переписки: e-mail: morozav89@mail.ru тронный ресурс]. – Режим доступа: http://wiki.auditory.ru/ Методические_указания_к_лабораторным_работам_по_ Статья поступила в редакцию 06.03.2012 г.

курсу_«Методы_и_средства_защиты_информации» (дата © В. Г. Шахов, А. В. Морозов обращения: 04.12.2011).

Г. С. НИКОНОВА УДК 621. Омский государственный технический университет ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ТЕМПЕРАТУРНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ПАВ-УСТРОЙСТВ В статье рассматриваются основные принципы проектирования и температурной стабилизации ПАВ-устройств. Проанализировано современное состояние вопроса.

Представлены результаты исследований.

Ключевые слова: ПАВ-устройства, ПАВ-фильтры, ПАВ-линии задержки, ПАВ-гене раторы, термокомпенсация.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.