Современная электроника №3 (2021)

ЦИФРОВОЕ СБОРОЧНО-МОНТАЖНОЕ ПРОИЗВОДСТВО УПРАВЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ ОБОРУДОВАНИЯ УМНЫЙ УПРАВЛЕНИЕ СЕРВИС КАЧЕСТВОМ 85 90 95 99 OEE АВТОМАТИЗАЦИЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЕ 85 90 95 ХРАНЕНИЯ РУЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ ЗНАНИЯМИ 99 OEE ДИСПЕТЧЕРСКАЯ Реклама Узнать больше Результат реализации решения „Управляемость и контроль „Прослеживаемость производства на основе разумной автоматизации и цифровой паспорт изделия „Единый информационный контур: „Управление качеством ERP/MES, оборудование, персонал и минимизация человеческого фактора „Снижение производственных рисков „Конкурентная себестоимость и оптимизация потерь и простоев выпускаемой продукции Остек-СМТ Группа компаний Остек +7 (495) 788-44-41 | [email protected] | ostec-smart.ru

Реклама

ЖУРНАЛ Здравствуйте, уважаемые друзья! Журнал «Современная электроника» Издаётся с 2004 года 2020 год навсегда войдёт в историю человечества как год пандемии Covid-19, радикально изменившей уклад нашей жизни. Неожидан- Главный редактор Ю. В. Широков ным образом пандемия подыграла киберпреступникам: многие ком- Заместитель главного редактора пании были вынуждены в кратчайшие сроки перейти на удалённую Д. А. Трофимов работу, а вопросами кибербезопасности в условиях многочисленных Редакционная коллегия А. Е. Балакирев, удалённых подключений озаботились далеко не все. Согласно дан- В. К. Жданкин, С. А. Сорокин, Р. Х. Хакимов ным Atlas VPN, в 2020 году в Интернете было зафиксировано более Вёрстка А. М. Бабийчук 16 миллионов киберугроз, прямо или косвенно связанных с панде- Обложка Д. В. Юсим мией. В общей сложности 28% этих онлайн-угроз исходили из трёх Распространение А. Б. Хамидова ([email protected]) крупнейших по численности населения европейских стран: Герма- Реклама И. Е. Савина ([email protected]) нии, Франции и Великобритании. Они же входят в первую десят- ку стран с наибольшим количеством случаев заболевания Covid-19. Учредитель и издатель ООО «СТА-ПРЕСС» Интересно, есть ли тут какая-то связь? Генеральный директор К. В. Седов Адрес учредителя и издателя: Примечательно, что лишь менее одного процента всех киберпре- 117279, г. Москва, ул. Профсоюзная, д. 108, ступлений было реализовано при помощи настоящих вредонос- пом/ком/эт I/67/тех ных программ. Несмотря на свою эффективность подобные методы Почтовый адрес: 119313, Москва, а/я 26 кибератак требуют весьма продвинутых технологических компе- Тел.: (495) 232-0087 • Факс: (495) 232-1653 тенций, поэтому гораздо большей популярностью среди преступ- [email protected] • www.soel.ru ников пользуется старый добрый спам, содержащий вредоносные ссылки (это почти 99% всех атак). Производственно-практический журнал Выходит 9 раз в год. Тираж 10 000 экз. Не забывайте о необходимости соблюдать элементарные правила Цена свободная безопасности при работе за подключённым к Сети компьютером как в офисе, так и дома! Журнал зарегистрирован в Федеральной службе по надзору за соблюдением А вот рассылки от «Современной электроники» можно открывать законодательства в сфере массовых без опасения: они не содержат вирусов и спама. Новости и статьи на коммуникаций и охране культурного наследия нашем сайте всегда свежие и заинтересуют многих специалистов. (свидетельство ПИ № ФС77-18792 Читать журнал в электронном виде смогут все зарегистрировавши- от 28 октября 2004 г.) еся на сайте www.soel.ru. Отпечатано: ООО «МЕДИАКОЛОР». YouTube-канал «Современная электроника» становится всё интерес- Адрес: Москва, Сигнальный проезд, 19, бизнес- нее: там появились первые интервью с участниками Elbrus Tech Day. центр Вэлдан. Тел./факс: (499) 903-6952 Зайдите на наш канал и посмотрите, что думают разработчики про- цессора «Эльбрус» и компьютеров ADVANTIX на его основе о пер- Перепечатка материалов допускается только спективах отечественной электроники! с письменного разрешения редакции. Ответственность за содержание рекламы 17 марта редакция «Современной электроники» побывала в гостях несут рекламодатели. у компании Keysight Technologies на конференции, посвящённой Ответственность за содержание статей несут внедрению технологий 5G в России. Там мы побеседовали со мно- авторы. гими представителями приглашённых компаний. Вскоре у нас поя- Материалы, переданные редакции, не рецен- вятся новые ролики с этой конференции. зируются и не возвращаются. Мнение редакции не обязательно совпадает Всего вам доброго! с мнением авторов. Все упомянутые в публикациях журнала Юрий Широков, главный редактор наименования продукции и товарные знаки являются собственностью соответствующих владельцев. © СТА-ПРЕСС, 2021 ПОДПИСКА БЕСПЛАТНАЯ ПОДПИСКА ДЛЯ СПЕЦИАЛИСТОВ на электронную версию журнала теперь СТАЛА БЕССРОЧНОЙ ПОДПИСКА на печатную версию – это гарантированное получение журнала по любому указанному вами адресу! С УСЛОВИЯМИ ОФОРМЛЕНИЯ ПОДПИСКИ можно ознакомиться на сайте www.soel.ru 2 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021

СОДЕРЖАНИЕ 3/2021 РЕКЛАМОДАТЕЛИ РЫНОК AdvanteX . . . . . . . . . . . . . 56 4 Новости российского рынка AdvantiX . . . . . . . . . . . . . 11 CREE . . . . . . . . . . . . . . . 63 СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Delta Design. . . . . . . . . . . . 37 HARTING . . . . . . . . . . . . . 78 8 Коммуникации в эпоху 6G. Часть 2 Innodisk . . . . . . . . . . . . . . 15 JTAG Technologies . . . . . . . . 23 Хариш Вишванатан, Пребен Могенсен Keysight Technologies 4-я стр. обл. Litemax . . . . . . . . . . . . . . 58 16 Терагерцовая квантовая медицина как возможный альтернативный способ Rohde & Schwarz . . . . . . . .6, 67 эффективной борьбы с коронавирусом Symmetron . . . . . . . . . . .7, 33 TopStanok. . . 2-я жёсткая вкладка Амина Азизова, Ольга Бычкова, Виктор Войтович, Александр Гордеев, XP Power . . . . . . . . . . . . . 47 Дарья Николаева, Елизавета Стрюкова ДОЛОМАНТ. . . . . . . . . . . . 49 ЗНТЦ . . . .4, 1-я жёсткая вкладка ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Компонента. . . . . . . . . . . . 45 Кулон . . . . . . . . . . . . . .4, 21 24 SuperCell: достижение новых высот для расширения возможностей Магнетон . . . . . . . . . . . . 1, 5 подключения к Интернету Микроволновая электроника . . 46 Морион . . . . . . . . . . . . . . .6 Алексей Лезинов НПО ДиОД . . . . . . . . . . .7, 77 ОНИИП . . . . . . . . . . . . . . 43 32 Электронные компоненты компании Bourns. Остек . . . . . . . . . 2-я стр. обл. Современные датчики давления и влажности ПРОСОФТ. . . . . . . . . . . . . .6 РАДЭЛ-2021 . . . . . . . . . . . 25 Юрий Петропавловский Связь-2021 . . . . . . . . . . . . 17 Силовая электроника-2021 . . . 80 38 Беспилотная навигация: компоненты и решения ТЕСТПРИБОР . . . . . . . . . 53, 73 Фаворит-ЭК . . . . . . . . . . . 39 Александр Бекмачев, Андрей Михеев, Андрей Родин ЧипЭкспо-2021. . . . . . . . . . 29 ЭкспоЭлектроника-2021 . . . . . 79 42 Модулируемый СВЧ-генератор Эркон . . . . . . . . . . . . . .5, 41 Алексей Ложников, Сергей Доберштейн Смотрите на YouTube-канале: 44 Новый сервопривод Futaba BLA21-06U-A01 для промышленных БПЛА Алексей Кузнецов ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 48 Практика использования встроенного АЦП в ПЛИС семейства MAX 10 Часть 2. Справочная информация по АЦП ПЛИС MAX 10 Павел Редькин ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 60 Расчёт величин MTBF для гибридных интегральных схем с использованием редакций военного справочника MIL-HDBK-217F, Notice 1 и 2 Ричард Миллер, перевод: Жданкин Виктор Интервью с Максимом Соковишиным, 64 Экспериментальная оценка магнитных характеристик техническим экспертом компании низкочастотных магнитопроводов Keysight Technologies. В ролике специалист рассказывает о новой Николай Лемешко, Михаил Горелкин, Павел Струнин инициативе по созданию сообщества отечественных телекоммуникационных СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ компаний, заинтересованных в про- движении технологий 5G. 74 О первой в мире радиограмме, переданной в России 125 лет назад Владимир Бартенев СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 WWW.SOEL.RU 3

РЫНОК На правах рекламы Новости российского рынка ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ СБОРКА И ИСПЫТАНИЯ (возможна посадка 10 000 и более кон- мизировать конструктивные решения прибора МИКРОСХЕМ, МЭМС тактов); под корпус заказчика, разработать КД и ТД, ● многоуровневая сборка с максимальной подобрать и приобрести комплектующие, из- И МИКРОМОДУЛЕЙ точностью разварки и минимальным разме- готовить прототипы и малые партии изделий. ром контактных площадок (от 60×60 мкм) «ПОД КЛЮЧ» и размером кристалла от 0,1×0,1 мм; Для сокращения габаритов приборов и ап- ● 3D-сборка многокристальных модулей в паратуры используются технологии 3D-сборки, C 10 января 2021 года АО «ЗНТЦ» ввёл в различные корпуса; позволяющие увеличить плотность компо- эксплуатацию мощности нового производ- ● изготовление гибридных 3D-микросборок новки плат (PoP) и сборки многокристаль- ственного комплекса сборки микросхем и (Si, A3B5) с применением технологий flip- ных моделей микросхем. Дополнительным электронных модулей. Модернизирован- chip, 3D TSV. преимуществом становится увеличение по- ный производственный блок обеспечивает АО «ЗНТЦ» как многофункциональный ми- мехоустойчивости за счёт снижения паразит- возможности сборки 50 000 микросхем в кроэлектронный комплекс контрактного про- ных ёмкостей и увеличение быстродействия в месяц и резки пластин диаметром до 300 мм. изводства изделий микроэлектроники обеспе- 1,5…2 раза. В целях обеспечения качества и чивает возможности разработки электронных надёжности изделий проводится полный ком- Обновлённый парк оборудования позво- модулей «под ключ», включая поверхностный плекс приёмо-сдаточных и квалификационных ляет осуществлять «под ключ» контрактную (SMD) и выводной (THT) монтаж компонентов испытаний для изделий категорий качества сборку микросхем в металлокерамические, на плату, монтаж корпусов BGA, изготовле- гражданской продукции и изделий специаль- металлостеклянные и пластиковые корпу- ние жгутов с разъёмами для соединения плат. ного назначения («ОТК» и «ВП»). са. Благодаря технологическому дооснаще- В рамках комплексного выполнения за- нию обеспечены уникальные возможности казов разработки изделий «под ключ» осу- АО «ЗНТЦ» оказывает поддержку старт- корпусирования и отработка новых техно- ществляется 3D-моделирование и прототи- апам, предоставляя возможность проведе- логий сборки под специфические задачи: пирование корпусов изделий, что позволяет ния исследований с использованием высоко- ● сборка в BGA-корпуса с контактными пло- сократить расходы на отработку конструк- технологичного оборудования, изготовление тивно-технологических решений и в краткие опытных образцов, технической поддержки. щадками под поверхностью кристалла сроки выбрать оптимальный вариант корпуса Ключевая задача Зеленоградского нанотех- для последующего серийного производства. нологического центра как элемента инно- При работе с малыми и средними предприяти- вационной инфраструктуры – преобразова- ями специалисты АО «ЗНТЦ» помогают опти- ние науки (НИОКР) в прикладные решения. www.zntc.ru +7 (499) 720-6944 НОВЕЙШИЕ РАЗРАБОТКИ Изделия серии К10-90 в первую очередь Что касается серии Б36, то стоит отме- ООО «КУЛОН» примечательны тем, что впервые в России тить, что это трёхвыводные помехоподавля- появились керамические конденсаторы ющие фильтры для поверхностного монта- Общество с ограниченной ответствен- типоразмера 0402 с категорией качества жа, являющиеся аналогом изделий фирмы ностью «Кулон» – крупнейший отече- «ВП», а также, благодаря использованию Murata серии NFM, которые, как и осталь- ственный разработчик и производитель тонких керамических плёнок при сборке ные перечисленные ранее изделия, освое- пассивных электронных компонентов, группового пакета, удалось добиться бо- ны с приёмкой «ВП». поставляемых в интересах Министерства лее высоких значений ёмкости. обороны РФ (для обеспечения Гособорон- В настоящий момент на сайте ООО «Ку- заказа) и изделий народно-хозяйственно- лон» (www.kulon.spb.ru) в разделе «Новейшие го назначения. разработки» содержится краткая информа- ция по каждому из четырёх изделий, каса- Начиная с 2017 года, после долгого пе- ющаяся области применения, габаритных рерыва, компания приступила к освоению размеров и электропараметров. В наличии ряда новых изделий совместно с АО «НПЦ имеются изделия для пробного предостав- «СпецЭлектронСистемы». По состоянию ления Заказчику по запросу. Серийный вы- на 2021 год предприятие ООО «Кулон» пуск планируется на март-апрель 2021 года. успешно завершило четыре опытно-кон- структорские работы, в рамках которых Дополнительные вопросы можно направ- были разработаны многослойные варисто- лять по электронной почте отдела главного ры ВР-18, ВР-19, трубчатые конденсато- конструктора ([email protected]). Готовы ры К10-89, серия конденсаторов К10-90 и ответить на все интересующие вас вопросы. керамические помехоподавляющие филь- тры Б36. www.kulon.spb.ru +7 (812) 317-3329 4 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021

РЫНОК На правах рекламы ВЫСОКОНАДЁЖНЫЕ РЕЗИСТОРЫ Тип изделия Режим эксплуатации при Гамма-процентная Изменение параметра- Гамма И ЧИП-ИНДУКТИВНОСТИ ДЛЯ Р1-161 атмосферном давлении наработка до отказа критерия годности, не КИК1 99 % ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА 10–6 мм рт. ст. (Tγ), ч более 99,9 % АО «НПО «ЭРКОН» разработало новые δR не более ±4 % 99 % P = Pном, tкп = 70°C 50 000 δR не более ±5 % 99,9 % серии чип-резисторов типа Р1-161 и чип- δR не более ±4 % 99 % индуктивностей типа КИК1, предназначен- P = 0,5Pном, tкп = 70°C 150 000 δR не более ±5 % 99,9 % ных для использования в высоконадёжной δR не более ±4 % 99 % аппаратуре с длительным сроком функцио- P = 0,1Pном, tкп = 70°C 260 000 δR не более ±5 % нирования, в том числе в условиях глубо- δR не более ±1 % 99,5 % кого вакуума (до 10–6 мм рт. ст.). Хранение 30 лет I = Iдоп, tкп =125°C 50 000 δL не более ±15 % 99 % Основные характеристики чип-резисторов I = 0,5Iдоп, tкп =125°C 150 000 для поверхностного монтажа Р1-161: I = 0,1Iдоп, tкп = 70°C 260 000 δL не более ±10 % 30 лет ● работоспособны в условиях глубокого ва- Хранение куума при атмосферном давлении 10–6 мм рт. ст. в номинальном режиме при P = Pном ● допускаемое отклонение сопротивления, %: ● типоразмеры: 0402, 0603, 0805, 1008, и поддержании температуры контактных ±1, ±2, ±5; 1206; площадок tкп ≤ 70°C; ● температурный коэффициент сопротив- ● номинальная индуктивность 1 нГн…10 мкГн; ● типоразмеры: 0402, 0603, 0805, 1206, ления (ТКС): ±100 ppm/°C; ● допускаемое отклонение индуктивности, %: 2010; ● диапазон рабочих температур: –60…+155°С. ±2, ±5, ±10; ● номинальная мощность рассеяния: Основные характеристики чип- ● добротность: более 13; 0,06…0,5 Вт; ● минимальная резонансная частота: индуктивностей для поверхностного мон- ● предельное рабочее напряжение: до 200 В; тажа КИК1: 0,02…12,9 ГГц; ● номинальное сопротивление: 1 Ом…10 МОм; ● сопротивление обмотки постоянному ● работоспособны в условиях глубокого ва- куума при атмосферном давлении 10–6 мм току: 0,03…17 Ом; рт. ст. в номинальном режиме при I = Iдоп ● допустимый ток обмотки: до 1360 мА; и поддержании температуры контактных ● диапазон рабочих температур: площадок tкп ≤ 125°C; –60…+140°С. Чип-резисторы Р1-161 и чип- индуктивности КИК1 подвергаются элек- трическим и температурным тренировкам, в процессе которых проходят тщательную отбраковку. Более подробная информация о новин- ках и серийно выпускаемой продукции пред- ставлена на сайте www.erkon-nn.ru. КОАКСИАЛЬНЫЕ ДЕЛИТЕЛИ- логи известных зарубежных производителей ● приборы, стойкие к воздействию механи- по электрическим параметрам и надёжности. ческих, климатических факторов и специ- СУММАТОРЫ МОЩНОСТИ альных сред со значениями характеристик, Изделия применяются в аппаратуре радио- соответствующими группе унифицирован- НЧ-ВЧ-СВЧ-ДИАПАЗОНОВ измерительных комплексов, в многоканальных ного исполнения 4У, и выдерживающие си- системах приёма-передачи информации широ- нусоидальные вибрации в диапазоне от 10 ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ кополосных сигналов, работают с высокой дина- до 2000 Гц с амплитудой ускорения 20 g, В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ мической нагрузкой, обеспечивают высокую про- механический удар одиночного действия СИСТЕМАХ И КОМПЛЕКСАХ пускную способность, могут работать при низких длительностью ускорения до 5 мс со зна- уровнях атмосферного давления, могут быть ис- чением 200 g и удар многократного дей- «Завод Магнетон» освоил выпуск коак- пользованы и аттестованы для применения в ствия до 150 g при той же длительности; сиальных делителей-сумматоров мощно- бортовых системах аэрокосмической техники: сти в 7 конструктивных исполнениях. При- ● гамма-процентная наработка до отказа Тγ ● приборы изготовлены в корпусе, обеспечи- боры представляют собой многополюсники вающем высокую коррозийную стойкость. с 3…9 входами-выходами, обеспечивают ра- приборов при γ = 95 % в режимах и усло- www.magneton.ru боту в жёстких условиях эксплуатации и име- виях, допускаемых ТУ, не менее 100000 ч, [email protected] ют категорию качества «ВП». Делители-сум- (в облегчённом режиме 120 000 ч) в пре- +7 (812) 213-3535 маторы различаются диапазонами рабочих делах срока службы Тсл не менее 25 лет; частот, коммутируемой мощности, массога- баритными параметрами и превосходят ана- Условное Рабочая полоса Развязка между Вносимые Разбаланс фаз Разбаланс КСВН Pвх. средняя/ Рабочие Масса, обозначение частот, МГц каналами, не потери, не между каналами, амплитуд между Pрассеяния, температуры, не более, г менее, дБ более, дБ не более, °(град) 1,30 Вт, не более приборов каналами, не 1,30 °С 40,3 0,1…400 15 3,75 4 более, дБ 1,50 1,0/0,125 20,3 ФПХН3-1 2…1200 16 4,5 3 0,3 1,25 0,5/0,125 –60…+85 75,3 ФПХН3-2 2…750 18 6,4 7 0,5 1,65 1,0/0,5 –60…+85 1400 ФПХН3-3 1…30 25 6,2 3 0,5 1,45 –60…+85 85,3 ФПХН3-4 4…1000 15 8,5 8 0,1 1,40 200/– –60…+85 180 ФПХН3-5 600…1700 18 8,7 7 0,7 1,0/0,25 –60…+85 85,3 ФПХН3-6 2…250 18 10,6 8 0,5 10,0/0,875 –60…+85 ФПХН3-7 0,5 1,0/0,62 –60…+85 5 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 WWW.SOEL.RU

РЫНОК На правах рекламы НОВЫЕ DC-DC ФИЛЬТРЫ Фильтры предназначены для работы в сопротивление минимизировано до 12 мОм, СЕРИИ FQA ОТ TDK-LAMBDA цепях с токами до 20 А и номиналами на- что позволяет максимально снизить поте- пряжений до 40 В положительной или отри- ри мощности. ДЛЯ ЖЁСТКИХ УСЛОВИЙ цательной полярности, а их электрическое ЭКСПЛУАТАЦИИ Устройства отвечают стандарту безопас- ности UL/EN/IEC 60950-1, протестированы Корпорация TDK-Lambda объявляет о выпу- в соответствии со стандартами MIL-STD- ске новой линейки ЭМС-фильтров серии FQA. 883F и MIL-STD-202G и имеют устойчи- Данные фильтры предназначены для схем вость к кратковременным перенапряжени- питания постоянного тока широкого спектра ям в соответствии с MIL-STD-1275D и RTCA/ применений, включая бортовые и прочие DO-160G. жёсткие условия эксплуатации. Устройства интегрированы в корпус формата quarter-brick Продукт имеет трёхлетнюю гарантию, а с фланцевым или беcфланцевым вариантом более подробную информацию о нём мож- исполнения, а также могут быть заказаны со но получить у официального дистрибью- стандартной (–40…+115°C) или расширенной тора TDK-Lambda в России – компании (–55…+115°C) программой климатических ис- «ПРОСОФТ». пытаний. www.prosoft.ru АО «МОРИОН» ВЫПУСТИЛО (до –126 дБн/Гц) по сравнению со стан- Microsemi 3120A, Anapico PNA7, NoiseXT дартной версией ГК336; DCNTS и аналогичных. НОВУЮ ВЕРСИЮ ГЕНЕРАТОРА ● частота генератора отстроена от номинала, что позволяет избежать влияющих на ре- www.morion.com.ru/oscillators ГК336 зультат измерения биений, вызванных вза- имодействием частоты измеряемого и опор- Устройство ГК336R разработано специ- ного генераторов. ально для применения в качестве опорно- В генераторе не предусмотрена функция го генератора при проведении измерений управления частотой. ГК336R имеет край- на анализаторах ФШ и девиации Аллана, не высокую температурную стабильность до не требующих сведения по частоте кана- 2Е-11, что позволяет минимизировать вли- лов измеряемого и опорного генераторов. яние изменения температуры окружающей В генераторе применены кварцевые резо- среды на результат измерения. наторы, изготовленные по специальной тех- Генератор подходит для проведения из- нологии без настройки по частоте, что при- мерений на приборах Microsemi 5120A, даёт генератору следующие особенности: ● более низкий уровень девиации Аллана за 1 с (до 7E-14) и ФШ на отстройке 1 Гц ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ROHDE & SCHWARZ измерительных портах, что предохраняет их прибором для работы в полевых услови- от возможной перегрузки. Архитектура R&S ях. 7-дюймовый мультитач-экран работает ПРЕДСТАВЛЯЕТ НОВЫЙ ZNH с четырьмя приёмниками поддержива- с поддержкой жестов, схожих с управле- ПОРТАТИВНЫЙ ВЕКТОРНЫЙ ет методику калибровки UOSM. Лучшие в нием смартфонами, что повышает эффек- своём классе ВЧ-характеристики и особен- тивность работы и скорость привыкания к АНАЛИЗАТОР ЦЕПЕЙ ДО 26,5 ГГЦ ности анализатора, такие как низкие шумы интерфейсу прибора. трассы (0,0025 СКЗ), 100 дБ динамическо- Новый продукт компании Rohde & Schwarz – го диапазона, выходная мощность в 0 дБм www.rohde-schwarz.com полноценный двухпортовый портативный и 16001 измерительная точка делают R&S анализатор цепей R&S ZNH с функциями ZNH идеальным решением для запуска и анализа АФТ/антенн и измерения полной обслуживания систем связи и исследова- матрицы S-параметров. Обе эти функции ния СВЧ-компонентов. доступны в базовом исполнении. R&S ZNH простой в управлении, легко конфигуриру- Дополнительные опции R&S ZNH, такие емый и компактный прибор, идеально под- как измерение мощности, импульсные из- ходящий для полевых испытаний. мерения, измерение абсолютных значений мощности и их отношений позволяют вы- R&S ZNH позволяет определить неис- полнять работы, связанные с обслужива- правные ВЧ кабели и компоненты комму- нием и ремонтом радарных или спутнико- никационных систем. Также с помощью R&S вых систем. ZNH можно измерять СВЧ-компоненты в лабораторных и полевых условиях до 26,5 Вес анализатора всего 3 кг, небольшой ГГц. R&S ZNH является образцовым при- размер, отсутствие активного охлаждения, бором при решении стандартных измери- долгое время работы от батареи и удобные тельных задач, таких как анализ кабелей и в использовании, даже в перчатках, клави- антенн и полные двухпортовые измерения ши прибора делают R&S ZNH идеальным S-параметров. В анализатор встроены сту- пенчатые аттенюаторы приёмника на обоих 6 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021

РЫНОК На правах рекламы НОВАЯ СЕРИЯ AC/DC- ставляет собой AC/DC-преобразователь рианты с винтовыми клеммами или встав- БЛОКОВ ПИТАНИЯ MURATA PS открытого типа в U-образном алюмини- ными разъёмами. МОЩНОСТЬЮ 650 ВТ евом корпусе, сертифицированный в со- ответствии с медицинскими стандартами PQU650 идеально подходит для про- ДЛЯ МЕДИЦИНСКОГО EN 60960 и IEC 60601 3rd Edition, удовлет- мышленных и медицинских устройств, И ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ воряющий требованиям 2 × MOPP «вх–вых» где есть ограничения по размеру, для и 1 × MOPP «вх–корпус». Стандартное зна- устройств «без вентилятора», где критич- Компания Murata Power Solutions анон- чение напряжения изоляции составляет 4 кВ ны шум и обслуживание, а также для ис- сировала выход новой серии открытых (АС) «вх–вых» и 1500 В (АС) «вх–корпус». пользования в устройствах с переходной AC/DC-источников питания мощностью нагрузкой, которые требуют, чтобы блок 650 Вт. Серия PQU650 обладает самой вы- В серию входит десять моделей с вы- питания обеспечивал большую мощность сокой удельной плотностью мощности на ходными номиналами от 12 до 54 В и от в течение короткого времени. Помимо рынке источников питания с кондуктивным 12,1 до 54,2 А. Стандартные функции: сиг- прочего блоки могут быть использованы или конвекционным охлаждением. Источни- нал о включении питания, дистанционное в телекоммуникационном и испытатель- ки имеют множество стандартных функций, вкл/выкл, а также вспомогательный выход ном оборудовании, рекламных вывесках, включая широкий диапазон регулировки вы- 5 В при 0,5 А и питание вентилятора с вы- информационных мониторах, ATE, сцени- ходного напряжения и вспомогательную ши- ходным напряжением 12 В при 0,6 А. За- ческом освещении, PoE и цифровых базах ну питания, при конкурентной цене. щитная крышка предлагается в качестве хранения данных. дополнительной опции, также доступны ва- Блоки имеют размеры всего 6 × 4 дюйма [email protected] при высоте 1U и универсальный диапазон входного напряжения от 90 до 264 В (АС). Использование новейшей топологии обеспечивает уровень эффективности ми- рового класса – до 95%. В устройствах мощностью до 450 Вт при температуре окру- жающей среды до +50°С требования к си- стемному вентилятору не предъявляются, а с принудительным воздушным охлажде- нием всего лишь 300 м/с доступная выход- ная мощность возрастает до 650 Вт при тем- пературе окружающей среды +50°С. Кроме того, блоки серии PQU650 способны выда- вать 800 Вт полезной пиковой мощности в течении 30 с, что позволяет работать на ём- костную и индуктивную нагрузку. Разработанный для промышленных и медицинских приложений, PQU650 пред- НОВЕЙШИЕ ТЕСТЕР-СТЕНДЫ ● тестер-стенд с выходным сигналом Тестеры производства НПО ДиОД постав- ТМ МОСКВИЧКА, ДЛЯ ПРОВЕРКИ ТС-2 для проверки браслетов и обуви. ляются с сертификатом первичной кали- Данная серия поставляется либо в ком- бровки, в дальнейшем калибровка тестеров АНТИСТАТИЧЕСКИХ БРАСЛЕТОВ плекте с электромагнитным замком, ли- производится с помощью калибратора те- И ОБУВИ ЗАПУЩЕНЫ В СЕРИЮ бо встраивается в турникет, таким об- стер-стенда (КС-1) производства НПО ДиОД. разом осуществляя контроль доступа в Использование тестера для проверки зону, защищённую от статического элек- www.npo-diod.com антистатического браслета является на- тричества. [email protected] дёжным способом убедиться, что систе- ма браслета работает правильно. Тестер- +7 (495) 150-5317 стенд измеряет сопротивление системы браслет-оператор и обеспечивает индика- цию «прошёл»/«не прошёл». Периодичность тестирования может варьироваться от одно- го раза в начале смены до нескольких раз в день. В НПО ДиОД были разработаны и за- пущены в серийное производство несколь- ко типов тестер-стендов для контроля брас- летов и обуви: ● тестер-стенд ТС-1 для проверки брасле- тов и обуви. Он может использоваться как совместно с пластиной для тестиро- вания антистатической обуви, так и от- дельно, только для тестирования анти- статических браслетов; СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 WWW.SOEL.RU 7

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Коммуникации в эпоху 6G Часть 2 Хариш Вишванатан, Пребен Могенсен (Nokia Bell Labs) ся к 5G как минимум тремя различны- ми способами. В статье рассматриваются перспективы внедрения сети 6G, при этом внимание уделяется не только технологиям, но и человеческой Во-первых, есть потенциал для заме- трансформации, которая ожидается с приходом шестого поколения ны некоторых из основанных на модели связи. Такой подход помогает получить представление о требованиях к алгоритмов Уровня 1 и Уровня 2, таких производительности и принципах проектирования 6G. как выбор канала, выделение пакета В первой части статьи мы рассказали о свойствах сетей поколения 6G данных, балансирование и планиро- и о принципиально новых возможностях, которые откроются благодаря вание пользователей сети. Во-вторых, появлению этих сетей. Вторая часть статьи посвящена рассмотрению эти способы, вероятно, будут широко необходимых для создания сетей нового поколения технологий. применяться при оптимизации раз- вёртывания, например для настройки Шесть ключевых технологий 6. новые схемы безопасности и конфи- оптимального подмножества лучей, с для 6G денциальности. помощью которых будет обеспечивать- Каждый из пунктов описан в следу- ся зона покрытия с учётом структуры Развёртывание сети 6G ознаменует- трафика каждой отдельно взятой соты. ся появлением ряда новых важных тех- ющих подразделах. Учитывая сложность систем 5G с точ- нологий, которые формируют систему ки зрения огромного количества пара- связи. По-настоящему фундаменталь- Растущая роль искусственного метров, которые необходимо настро- ные новые технологии обычно вне- интеллекта и машинного обучения ить во время развёртывания, методы дряются через десять лет или больше искусственного интеллекта и машинно- с момента изобретения. Ввиду это- Методы искусственного интеллекта го обучения будут играть важную роль го по-настоящему новые технологии, и машинного обучения (особенно глу- в оптимизации сети без вмешательства формирующие 6G, должны существо- бокого обучения) быстро развивают- человека. Можно предположить и неко- вать сегодня хотя бы на уровне иссле- ся последнее десятилетие. Сегодня эти торые другие варианты использования, довательских концепций. Продолжая методы занимают центральное место в такие как повышение точности локали- тему «шести» для 6G, авторы статьи нескольких областях: классификации зации конечных устройств внутри 5G определили шесть потенциальных тех- изображений, компьютерном зрении, методом машинного обучения. нологических преобразований, кото- поддержке социальных сетей и безопас- рые станут частью системы: ности. Эти методы применяются в обла- В дополнение к использованию ИИ 1. проектирование и оптимизация стях, где для обучения легко доступны и МО в сетях радиодоступа эти инстру- значительные объёмы данных. Обу- менты станут необходимыми создания радиоинтерфейса на основе искус- чение с подкреплением сигналами от для бесшовной сетевой автоматизации ственного интеллекта и машинно- среды взаимодействия начинает при- 5G в случаях сложного взаимодействия го обучения; меняться во множестве приложений для между несколькими сетевыми домена- 2. расширение спектра и появление но- управления роботами после различных ми и уровнями. Это позволит динамич- вых когнитивных методов совмест- демонстраций возможностей в игровых но адаптировать сетевые и облачные ного использования спектра; средах, таких как AlphaGo (программа ресурсы в соответствии с меняющими- 3. интеграция систем локализации и для игры в го, разработанная компани- ся требованиями: быстро развёртывать зондирования; ей Google DeepMind в 2015 году). новые сервисы и устранять сбои, при 4. достижение высоких требований к этом значительно экономить на экс- производительности по задержке и В последнее время появилась масса плуатационных расходах. надёжности; работ, исследующих применение мето- 5. новые парадигмы сетевой архитекту- дов глубокого обучения в беспровод- Системы 6G будут полагаться на ИИ ры, включающие подсети и конвер- ных системах. В ближайшие несколь- и МО в намного большей степени, чем генцию RAN-ядра; ко лет обучение беспроводных систем и 5G. Должен произойти переход от ИИ машинное обучение будут применять- как просто инструмента для автома- тизации отдельных функций к ИИ как Информация ADC/DAC ADC/DAC Информация фундаменту для проектирования и получение битов Analog FEM Analog FEM отправление битов оптимизации интерфейса, с возможно- стью самооптимизации передатчиков Зависимость Зависимость и приёмников, когнитивным использо- оборудования оборудования ванием спектра и высокой контекстной осведомлённостью. Обратная связь о зависимости канала Самооптимизирующиеся Дополнительный канал для обучения и начальной загрузки передатчики и приёмники Рис. 5. Системы сквозного обучения, адаптирующиеся к оборудованию и каналам Сегодняшние исследования показы- вают, что системы глубокого обучения могут научиться общаться с использо- 8 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021

Реклама

Реклама

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ванием квазистатических связей более рам может потребоваться разделение Семантические знания более высоко- эффективно, чем основанные на моде- спектра вещания между собой и дру- го уровня о том, как используются ком- лях системы. Никаких волн специаль- гими частными выделенными сетя- муникации, например для игр, управле- ной формы, последовательностей или ми. Несколько поколений технологий ния роботами или целыми фабриками опорных сигналов заранее конфигури- начнут сосуществовать и совместно с помощью дополненной реальности, ровать не требуется. Благодаря интен- использовать спектр внутри инфра- будут извлекаться из шаблонов дей- сивной тренировке сеть глубокого обу- структуры одного оператора. ствий внутри трафика и характери- чения на передатчике и приёмнике стик устройств. Точная персонализа- учится выбирать метод настройки этих Благодаря достижениям в обла- ция обслуживания вплоть до нижних параметров самостоятельно (см. рис. 5). сти радиотехнологий, позволяющим уровней коммуникации будет обеспе- Хотя такой подход к сквозному обуче- использовать многополосную работу, чиваться с помощью методов машин- нию может оказаться невозможным и методам машинного обучения, таким ного обучения. для сложных, динамично изменяю- как глубокое обучение с подкреплени- щихся многопользовательских сред, ем, значительно облегчится эффектив- Трансферное и федеративное обу- структура связи 6G будет спроектиро- ное совместное использование чение начнут играть решающую роль. вана таким образом, чтобы позволять в Системы сначала будут обучаться в реальных условиях автоматизировать спектра частот. автономном режиме в симуляционных некоторые инженерные решения. Это Передовые методы формирования средах так, чтобы можно было устано- позволит оптимизировать характе- и уплотнения направленного сигнала вить базовые коммуникации, затем нач- ристики радиоинтерфейса на основе локализуют использование спектра. нётся обучение в реальных условиях выбора спектра, среды, развёрнутого В этом есть свои плюсы: облегчает- для оптимизации производительности. оборудования и целевых требований. ся более широкое повторное исполь- зование спектра и, следовательно, Таким образом, обучение перенесёт- Одним из важных достижений ста- можно добавить различные формы ся из симуляции в реальность. Чтобы нет учёт возможностей оборудования сосуществования между полезными проводить сквозные операции, устрой- при оптимизации инфраструктуры когнитивными системами совместно- ства и сетевая инфраструктура должны связи. При таком подходе радиоинтер- го использования. взаимообучаться, и здесь федеративное фейс разработан с учётом некоторых обучение имеет огромное значение. практических ограничений на реали- Контекстная зависимость Вместо разделения больших массивов зацию. Ожидается, что в будущем усо- данных между различными устройства- вершенствованный интерфейс сможет Ещё одно важное развитие в рамках ми и сетью будут совместно исполь- адаптироваться к возможностям обору- 6G – это бесшовная интеграция осве- зоваться готовые модели. На более дования, а устройства получат необхо- домлённости об окружающей среде, высоких уровнях потребуется глубо- димую функциональность для работы трафике, мобильности и местополо- кое обучение для оптимизации рас- с радиоинтерфейсом. жении для оптимизации схем связи пределения ресурсов и контроля раз- с помощью новых методов ИИ и МО. личных параметров. Иерархическое и Например, определённое устрой- Например, в производственных цехах мультиагентное обучение с подкрепле- ство может иметь ограниченное разре- видеокамеры смогут в реальном време- нием необходимо будет использовать шение аналого-цифрового (АЦП) или ни фиксировать присутствие, движение на разных узлах. цифро-аналогового преобразования машин и устройств. Оптимизировать (ЦАП), которые могут быть приняты во связь можно будет с помощью глубо- Использование новых диапазонов внимание обучающими системами для кого обучения, акцентированного на спектра определения оптимального сигнала. прогнозировании изменений в среде распространения. Потребность в более высоких пико- Использование когнитивного вых скоростях и пропускной способ- спектра По сути, новые методы сбора и обра- ности постоянно подталкивают систе- ботки данных помогут снизить хао- мы мобильной связи к использованию Благодаря более высоким характери- тичность в каналах связи. Шаблоны спектра более высоких частот. Для 5G в стикам распространения вне прямой долгосрочной мобильности могут различных регионах уже были выделе- видимости по сравнению с высокоча- быть получены в и вне помещений, ны новые полосы спектра от 3 до 6 ГГц стотными полосами низкочастотный а затем использованы для оптимиза- и от 24 до 50 ГГц. В рамках очень гиб- спектр по-прежнему будет иметь пер- ции обслуживания. Ещё одним важным кой структуры 5G возможны совершен- востепенное значение для покрытия элементом будущих систем окажется но новые конструкции физического большой площади. В течение следую- использование пассивных элементов уровня с переходом на сигналы с одной щего десятилетия значительная полоса с цифровым управлением, таких как несущей. Основной проблемой при нового спектра будет выделена под 5G. крупные мета-объекты. Эти объекты, использовании диапазонов высоких Это, вероятно, приведёт к исчерпанию вероятно, окажутся целыми произ- частот является стоимость устройств спектра в полосах ниже 6 ГГц. водственными помещениями. Опреде- с высокой выходной мощностью. В ление оптимального способа управле- передатчиках с узким лучом для уве- Таким образом, в эпоху 6G потре- ния этими новыми элементами может личения эквивалентной изотропноиз- буются новые методы использования оказаться трудозатратным. Например, лучаемой мощности (ЭИИМ) и дально- спектра частот даже в рамках лицен- будет сложно точно смоделировать рас- сти действия используются массивные зированного режима использования пространение сигналов. Вероятнее антенные решётки. Распростране- спектра, чтобы обеспечить лучший всего, и эта проблема будет решена с ние высокочастотного сигнала также локальный доступ и сосуществование помощью искусственного интеллекта представляет проблему, поскольку сиг- с другими пользователями. Операто- и машинного обучения. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 WWW.SOEL.RU 9

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Спектр Точность Доступность Пространственное кодирование сигнала Сегодняшние высокие частоты во измерения спектра (MIMO) Link SE времена 6G станут средними. В диа- пазонах самых низких частот для 6G, 30 ГГц Новые частоты 6G субтерагерцового диапазона Миллиметровый а именно в нижней границе сантиме- мм Улучшенная спектральная эффективность MIMO канал трового диапазона, массовое исполь- зование MIMO постепенно ограничит- 30 ГГц Улучшенное использование спектра Малые высокочастотные ся большими габаритами антенных см антенны элементов. У субгигагерцовых частот Доступ основные характеристики затухания 3 ГГц к спектру Большие антенные сигнала и его проникновения в мате- дм на основе ИИ элементы риал намного лучше. Во времена 6G низкочастотные диапазоны останут- Рис. 6. Варианты спектра для 6G ся важными для покрытия больших площадей. нал легко экранируется из-за неболь- ными решётками и фазовращателя- шой длины излучаемой волны. Диф- ми, способными формировать узкий Так как доступность спектра огра- ракция высокочастотных радиоволн пучок лучей. Могут появиться сни- ничена, важны исследования по уве- вокруг препятствий незначительна, а жающие стоимость устройств новые личению эффективности использо- их поглощение водой – существенно. С компонентные технологии, такие как вания спектра для нижних частотных другой стороны, в плотной городской антенна-на-стекле. диапазонов. Определение спектра пере- среде отражения от зданий обеспечи- йдёт от статического разделения меж- вают покрытие вне прямой видимости Гибридное формирование диаграм- ду операторами и услугами к гораздо вдоль той же улицы или коридора, где мы направленности потребуется для более динамичному доступу к спектру находится точка доступа. получения огромных мощностей с на основе ИИ с учётом времени, часто- использованием однопользовательско- ты и пространства (см. рис. 6). Тенденция к использованию всё го или многопользовательского много- более широких полос спектра будет канального интерфейса (MIMO). Могут Сеть с шестым чувством продолжаться. С появлением 6G суб- появиться новые архитектуры приём- терагерцовые диапазоны от 114 до ников с предварительной гребенчатой Одно из важнейших требований к 300 ГГц (см. рис. 6) станут доступны- фильтрацией. Чтобы снизить энергопо- промышленной автоматизации – высо- ми и будут использоваться в сото- требление, исследуются новые формы кая точность позиционирования. Гло- вых системах. Очевидным вариан- сигналов для однобитовых преобразо- бальная навигационная спутниковая том использования субтерагерцового вателей, разработанные с использова- система с кинематикой в реальном спектра является магистральная связь нием методов ИИ и МО. времени (RTK GNSS) может обеспечить в интегрированных сетях доступа и высокоточную локализацию в услови- транспортных сетях. Узконаправлен- Задержка распространения сигнала ях хорошей видимости со спутника. ная двухточечная связь может осво- по антенной решётке становится срав- Но многие сценарии автоматизации бодить спектр для доступа в миллиме- нимой с длительностью символа кода, будут использоваться в помещениях, в тровых диапазонах. Другие возможные следовательно, потребуются новые схе- которых раньше автоматизацию было варианты использования – связь на мы обработки сигналов. Для доступа в невозможно реализовать. малых расстояниях между дисплеями этих диапазонах спектра потребуются и вычислительными устройствами, новые модели использования. Текущий подход к решению пробле- между стойками в быстро развёртыва- мы позиционирования заключается в емых периферийных центрах обработ- Помимо освоения полос субтерагер- использовании специализированных ки данных. цового спектра, более дешёвые методы систем, основанных на сверхшироко- массового MIMO позволят гораздо луч- полосной (UWB) или Bluetooth Low Значительный объём текущих иссле- ше использовать спектр в миллиметро- Energy (BLW) технологиях, и требу- дований по совершенствованию систем вых и сантиметровых диапазонах. Ран- ет установки дополнительных точек миллиметрового диапазона также будет ние системы mmWave основывались доступа и специальных устройств. полезен для развития систем субтера- на аналоговом формировании луча и, Отдельная система для позициони- герцового диапазона. Первоначаль- следовательно, ограничивалось коли- рования в дополнение к системе свя- ная разработка устройств для работы чество пользователей, которых мож- зи влечёт за собой дополнительные же в этих диапазонах будет следовать под- но было одновременно обслуживать расходы на инфраструктуру и обслужи- ходу, установленному сегодня в систе- одной станцией. По мере увеличения вание, которых можно избежать, если мах миллиметровых волн (mmWave). плотности сети и снижения затрат на точную локализацию будет способна Будут реализованы новые радиочастот- массовые технологии MIMO много- выполнять сама система связи. Техно- ные интегральные схемы (РЧ-ИС) со пользовательский MIMO будет широ- логия 5G включает возможности для встроенными или бортовыми антен- ко применяться в миллиметровых диа- повышения точности позициониро- пазонах. вания и может стать единой системой как для сверхнадёжной связи с малой задержкой (URLLC), так и для локали- зации в средах промышленной авто- матизации. По мере приближения к технологи- ям 6G, в дополнение к высокоточной 10 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021

Технологии надёжности

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ локализации, сети научатся выпол- технологиями, доступными на плат- ваться ретрансляция через соединения нять различные задачи обнаруже- форме 6G, позволит анализировать «устройство-устройство». Прогнозиру- ния. Решения по локализации будут поведенческие модели, предпочтения ющее управление лучом с использова- усовершенствованы для достижения и даже эмоции людей, тем самым соз- нием методов прогнозирования ИИ и точности локализации на сантиметро- давая «шестое чувство», предвосхища- МО также может существенно снизить вом уровне в помещениях с большой ющее потребности пользователей. Это неопределённость в оценке качества площадью, в которых для большин- позволит интуитивно взаимодейство- канала связи. ства точек доступа ограничена пря- вать с физическим миром. мая видимость. Новые методы постро- В рамках 4G с помощью техноло- ения диаграмм каналов, основанные Работа сетей в экстремальных гии Narrowband IoT (NB-IoT) был реа- на ИИ и МО, будут применяться в условиях лизован беспроводной доступ с низ- построении больших систем антен- ким энергопотреблением. В эпоху ных решёток, а также для объедине- Новые сценарии использования про- 6G произойдёт переход от устройств ния данных по радиочастотам, каме- мышленного Интернета вещей (IIoT), с низким энергопотреблением к рам и датчикам на роботах. Всё это нацеленные на 5G, основываются на устройствам с нулевым потребле- улучшит точность обнаружения даже достижении сверхнизкой задержки в нием энергии для Интернета вещей. при ограниченном количестве види- 1 мс с надёжностью «пять девяток» (то Беспроводные устройства с нулевым мых точек доступа. есть 99,999%). Основной метод дости- энергопотреблением сегодня хоро- жения целевых показателей производи- шо известны. К таким устройствам Системы 6G будут использоваться тельности – использование мини-сло- относятся метки с пассивной ради- для визуализации пассивных объектов. тов и более быстрого доступа к каналу, а очастотной идентификацией (RFID) Системы оптимизируют не только для также применение многосвязных кана- с недорогими активными датчика- связи, но и для обнаружения объектов. лов, для надёжности использующих ми и батареями со сроком службы от Например, сигналы формы, подходя- несколько точек доступа и дублирова- трёх до пяти лет. Единственный минус щей для локации положения объектов, ние передаваемых пакетов. RFID-меток – их действие обычно такие как сигналы с линейной частот- ограничивается очень малыми рас- ной модуляцией, могут быть мульти- Для многих случаев использования стояниями. Существует несколько сце- плексированы с сигналами, оптими- задержка в радиоканале в 1 мс неприем- нариев использования, при исполне- зированными для связи. лема. Для замены традиционных про- нии которых требуются устойчивые мышленных решений проводной связи, сенсорные устройства и чрезвычай- Большие антенные решётки, развёр- таких как Sercos или EtherCAT, требуют- но долгое время работы. нутые для массовой связи MIMO, могут ся существенно более низкие задержки формировать узкие диаграммы направ- при радиопередаче (порядка 100 мкс) в Для осуществления технического ленности и их можно использовать для сочетании с высокой скоростью пере- контроля при производстве мостов определения положения объектов. дачи данных (гигабит в секунду). Более или туннелей, например, желатель- Несколько передатчиков и приёмников того, фактические требования к надёж- но иметь беспроводные сенсорные смогут координироваться и тем самым ности основаны на времени простоя устройства, которые могут встраивать- улучшать возможности распознавания оборудования, который вызван мно- ся в конструкцию и работать поряд- в сети. Переход к субтерагерцовому и жественными потерями пакетов дан- ка 100 лет без вмешательства челове- терагерцовому диапазонам с соответ- ных. Целевой показатель надёжности ка. Будущие решения в этой области, ствующей широкой полосой пропуска- для некоторых сценариев использо- вероятно, будут совмещать возможно- ния сигналов увеличивает возможно- вания промышленной автоматиза- сти связи с низким энергопотребле- сти для точного зондирования. ции должен составлять порядка «девя- нием, чрезвычайно мало потреблять ти девяток». ток в спящем режиме и аккумулиро- Получение изображений с точно- вать энергию (возможно, с помощью стью до миллиметра с использовани- 6G будет спроектирован для эконо- сети связи или доступного накопите- ем инфраструктуры терагерцового мичного удовлетворения экстремаль- ля энергии). диапазона откроет множество новых ным требованиям. Недавние иссле- вариантов использования в промыш- дования показывают, что, вопреки Концепции сетевой архитектуры 6G ленной автоматизации и здравоох- общепринятому мнению, экранирова- Подсети ранении. Например, можно будет ние сигналов в миллиметровом диапа- находить дефекты в процессе экстру- зоне в производственных цехах не так Архитектура сотовой сети предыду- зионного производства или обнару- существенно. щих поколений была разработана в живать раковые новообразований в первую очередь для передачи голосо- полости рта. Опираясь на более широкую поло- вых сообщений и данных в Интерне- су пропускания, доступную в спектре те на отдельные мобильные конечные Существует множество приложе- миллиметровых волн, можно будет точки. 5G – первая система, ориен- ний, которые выиграют от превраще- достичь чрезвычайно низких задержек тированная на промышленную сре- ния радиоточек в датчики. Легче будет при высокой скорости передачи дан- ду и при этом отвечающая сложным контролировать качество продуктов в ных. Надёжность можно повысить за требованиям. Соответствие высоким супермаркетах, можно будет разме- счёт одновременной передачи инфор- требованиям достигается благодаря стить невидимые металлоискатели или мации по нескольким путям, представ- принципиально новым архитектур- заменить системы ворот безопасности ляющим собой несколько отражённых ным решениям, таким как поддержка на предприятиях. от препятствий радиосигналов. Для соз- передачи данных в реальном масшта- дания отдельных путей от сети к кон- бе времени (TSN). Сочетание возможностей мультимо- кретному устройству может использо- дального восприятия с когнитивными 12 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Чтобы по-настоящему закрепить- CU-CP AMF ся в промышленной среде и повсюду CU-UP SMF заменить проводную связь, 6G долж- UPF на обеспечивать детерминированную надёжность проводного уровня для Конечная точка – это сеть Бесклеточная, Гиперспециализированное Конвергенция на основе различных сценариев подключения ячеистая сеть передача сигнала в пределах RAN-сетей (см. рис. 7). От статических, изолиро- двух точек его амплитуды ванных устройств до взаимосвязанных устройств с локальным сообщением, Рис. 7. Темы архитектуры 6G го времени 2, CU включает уровень не быстро движущихся групп роботов и реального времени 2 и функциональ- дронов, которым необходимо не толь- ством подключений, ожидается уси- ный уровень 3. ко общаться между собой, но и подклю- ление направления сегментирования чаться напрямую к Сети при отключе- и виртуализации. Слайсы могут стать Далее CU делится на плоскости управ- нии от группы. узкоспециализированными, потен- ления и пользователя с чётко опреде- циально с отдельными программны- лённым интерфейсом между ними. CU Для обеспечения высокой надёжно- ми стеками для различной функцио- обычно реализуется как виртуализиро- сти и детерминирования как во времен- нальной обработки потоков (см. рис. ванная функция в периферийных или ной, так и в пространственной области 7). Текущая тенденция к виртуализации городских облаках и может обслужи- имеется необходимость в полуавтоном- более высоких уровней RAN приведёт к вать несколько DU. С другой сторо- ных подсетях 6G. По крайней мере, дальнейшему разделению функций на ны, основные функции 5G становят- наиболее важные сервисы в подсети модульные микросервисы, гибко объе- ся всё более децентрализованными, будут продолжать работать без пере- диняющиеся в рамках конкретных сег- поскольку объём трафика через ядро боев, несмотря на плохое или полное ментов. Например, можно представить существенно увеличивается. Различ- отсутствие подключения к сети высше- специализацию слайсов для предостав- ные основные функции также вирту- го уровня. ления видеоуслуг, включающую опре- ализируются и реализуются в пери- делённые необязательные для других ферийных или городских облаках, а Для обеспечения сверхнадёжности слайсов микросервисы, помогающие порой для этого используются пери- потребуется возможность подключе- оптимизировать видео. ферийные облака с малой задержкой. ния через множество путей с исполь- зованием инфраструктуры и гибких Слайсы для Интернета вещей с низ- По мере увеличения централизации соединений между устройствами. кой пропускной способностью могут функций RAN более высокого уровня Последнее может привести к созда- включать функции, обеспечивающие и распределения основных функций, нию настоящей бессотовой архитек- доступ без установления соединения, упрощение может быть достигнуто туры. Интеграция подсетей 6G в еди- в то время как другие слайсы будут путём объединения некоторых RAN и ную целостную архитектуру имеет ряд всё так же предоставлять традицион- основных функций в отдельные объек- преимуществ: ное соединение. Кроме того, можно ты. Таким образом, во временных рам- ● подсеть 6G обеспечит высокую ско- ожидать появления гибкого размеще- ках 6G появится сокращённый набор ния функций для конкретных слай- функциональных блоков, реализую- рость передачи данных, чрезвычай- сов в шлюзовых устройствах, ретран- щих комбинацию 5G RAN и ядра, что но низкую задержку, надёжность и от- сляторах, сотовых узлах, удалённых приведёт к созданию «безъядерной» казоустойчивость; устройствах и региональных облаках RAN, особенно актуальной на пользо- ● функции безопасности и отказоу- на множестве различных аппаратных вательском уровне. стойчивости 6G распространяются платформ в соответствии с потребно- на устройства самого низкого уров- стями конкретного слайса. Для созда- Новые парадигмы безопасности, ня в подсети; ния таких узкоспециализированных конфиденциальности и доверия ● нагрузка по реализации серви- слайсов и управления ими необходи- сов 6G может динамически пере- мы инновации в механизмах управле- Надёжность проводного уровня распределяться между облаком и ния и сервисов. также подразумевает, что сеть спро- устройством, являющимся частью ектирована с учётом новых мер без- подсети. Конвергенция на основе RAN-сетей опасности и конфиденциальности. Чувствительная к задержкам связь В 5G базовая станция состоит из рас- Появление преднамеренных помех в (TSC) благодаря интеграции чувстви- промышленных сетях – новая угроза, тельных ко времени сетей (TSN) и сети пределённого (DU) и централизован- от которой придётся защищать сети. 5G, действующей в качестве моста TSN, ного блоков (CU). DU включает в себя Злоумышленники могут попытать- эволюционирует до 6G, чтобы обе- нижние уровни стека протоколов поль- ся заблокировать сети за пределами спечить собственную синхронизиру- зователя и управления, то есть физи- промышленного объекта, поэтому емую по времени сеть, в том числе в ческий уровень 1 и уровень реально- физической безопасности будет недо- более широких областях, связанных с мобильными применениями. Гиперспециализированная передача сигнала в пределах двух точек его амплитуды Помимо разделения традиционной архитектуры подключения на различ- ные подсети и сценарии со множе- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 WWW.SOEL.RU 13

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Диверсификация спецификации услуг за счёт реализации в рамках консорциумов решений ны стандарты подключения беспилот- с открытым исходным кодом ников и дронов. Совсем недавно в 5G были стандартизованы ультра-надёж- ABCDE FGH I J ные коммуникации с малым временем задержки (URLLC) и протокол TSC для Открытые интерфейсы управления в реальном времени. Чис- ло устройств при подключении LPWA и Платформа № 1 Платформа № 2 Платформа № 3 Платформа № 4 C-V2X потенциально может достигать миллиардов единиц. Ограниченное количество платформ, указанных 3GPP для оптимизации производственных затрат и улучшения совместимости Сотовая сеть используется в промыш- ленном Интернете вещей, но в будущем Рис. 8. Иллюстрация 6G как модели платформы решений она станет частью домашних и корпо- ративных сред. Здесь вполне можно статочно. В будущем глушение сетей захотят регулировать распростране- предположить появление потребности может также принимать форму про- ние полученного контента, которым в гораздо более специализированных стой задержки доставки пакетов дан- они делятся. Пользователи должны решениях для подключения. Естествен- ных, время от времени создавать поме- иметь возможность простым спо- ными последствиями этих процессов хи. Это может серьёзно повлиять на собом устанавливать предпочтения являются значительно меньшие объё- промышленные операции, использую- в отношении того, чем они хотят мы использования каждого специали- щие чувствительные ко времени сети. поделиться, и обработка данных в зированного решения. Технологии 6G будут иметь механиз- этом смысле должна стать автома- мы защиты от таких угроз. тической. Механизмы безопасности Чтобы эффективно поддерживать физического уровня обычно зави- распространение новых решений Определение подсетей требует изме- сят от уникальности беспроводно- для беспроводной связи, необходи- нения стратегии авторизации. Это уже го канала для установления аутен- мо определять и внедрять специфика- авторизация не по сети, а по подсети. тификации, конфиденциальности цию мобильной сети как платформы с Если рассмотреть компьютерную сеть и обмена ключами. Эти механизмы несколькими базовыми возможностя- нательного устройства (BAN), её акти- могут стать более «зрелыми» в период ми на нижних уровнях. Это потребует- вы принадлежат ей полностью, и поэто- 6G, они начнут решать новые пробле- ся для различных сценариев, которые му авторизация и управление активами мы, в том числе и отстраиваться от затем будут использоваться несколь- осуществляются в пределах довери- преднамеренно создаваемых помех. кими различными группами для опре- тельной границы. Доверие к сети имеет решающее деления спецификаций более высо- значение для успеха внедрения 6G. кого уровня и создания собственного 6G будет объединять подсети, и на семейства сценариев использования. сетевом уровне может потребовать- 6G как открытая Последнее может в некоторых случаях ся второй уровень авторизации. Раз- платформа для создания быть реализовано посредством совмест- личные подсети могут принадлежать высокоэффективных ной разработки программного обеспе- ненадёжным объектам, что требует специализированных решений чения в рамках группы интересов или более чёткого разделения между под- программного обеспечения с откры- сетями, а также непосредственно меж- Одним из важных факторов огром- тым исходным кодом. Это проиллю- ду сетью и подсетями. Крайне важно, ного успеха мобильной связи стали стрировано на рисунке 8. Основным чтобы подсети действовали как незави- глобальные открытые стандарты. До преимуществом платформенного под- симая сеть, наделённая полномочиями недавнего времени в перечне услуг хода являются открытые интерфейсы разрешительного органа и отвечающая мобильной связи преобладали услуги, от платформы к специализированным за управление собственными актива- ориентированные на человека, такие уровням связи. ми. Из-за динамического поведения как голосовая связь, служба коротких устройств подсети, сохранение кон- сообщений (SMS) и широкополос- Чтобы обеспечить экономическую фиденциальности подсети и аноним- ная передача данных с максимальной целесообразность и сосуществование ности пользователей станет сложной эффективностью. Сегодня в мире рабо- служб связи, протоколы связи ниж- задачей, которую необходимо решить тает более миллиарда смартфонов, раз- него уровня, обычно реализуемые на в архитектуре 6G. вёрнуты десятки миллионов базовых аппаратном уровне, должны быть опре- станций мобильной сети. делены глобальным органом по стан- После появления миров смешан- дартизации. ной реальности, сочетающих циф- За последние пять лет услуги мобиль- ровые представления реальных и ной связи расширились и теперь вклю- Нынешняя тенденция к развёрты- виртуальных объектов, сегодняш- чают промышленный Интернет вещей. ванию открытых сетей радиодосту- них решений по обеспечению кон- Были стандартизированы энергоэф- па с несколькими поставщиками, фиденциальности вряд ли будет фективные сети дальнего радиуса дей- предоставляющими доступ к раз- достаточно. Наряду с тем, что муль- ствия (LPWA), такие как NB-IoT и Cat-M. ным частям сети, будет дополнитель- тисенсорные системы позволят Затем возникла технология сотовой но поддерживаться сетью 6G с плат- обнаруживать практически всё, что связи V2X для автомобилей. Разработа- форменным подходом. Радиопередача находится вокруг них, пользователи и некоторые функции, требующие интенсивной обработки, останутся для реализации в специализирован- ном оборудовании. Остальные функ- 14 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ции будут реализованы программно, 6G станет актуальной в 2030-х годах. 6G лов с более широкой полосой пропу- их можно будет выполнить на любом оптимизирует и удешевит новые вари- скания в высокочастотном спектре, коммерческом компьютере. При этом анты использования, представленные новые возможности для определе- спецификации интерфейса станут в 5G, что будет способствовать мас- ния местоположения и зондирова- открытыми. штабному внедрению новой техноло- ния будут способствовать созданию гии. В то же время сеть шестого поко- модели, оптимизированной не толь- Таким образом, интеллектуальные ления откроет возможности, которые ко для связи, но и для определения уровни управления мобильной сети трудно даже представить и тем более – положения. оптимизируются в соответствии с подробно описать. потребностями конкретного вариан- В настоящей статье были определе- та использования и будут независимы Вертикальное развитие мобильной ны ключевые технологические преоб- от любого поставщика. Это также соот- сотовой связи, начавшееся с внедре- разования системы 6G, имеющие наи- ветствует понятию следующего поко- ния недорогих технологий Интернета больший потенциал: ления сегментации сети, которое было вещей в 4G и сверхнадёжного Интерне- 1. разработка и оптимизация радио- описано ранее: каждый слайс сможет та вещей с малой задержкой в 5G, будет иметь собственную специализирован- продолжаться, становясь в 6G ещё мас- интерфейса на основе искусствен- ную функциональность. штабнее. Быстрое развитие технологий ного интеллекта и машинного об- искусственного интеллекта и машинно- учения; Мобильные сети и терминалы как го обучения повысят скорость решения 2. расширение спектра и новые когни- таковые не являются частью техноло- проблем во многих областях. Система тивные методы совместного исполь- гии 6G, а, скорее, представляют новый 6G будет в основном использовать ИИ зования; способ эффективного и быстрого соз- и МО для повышения производитель- 3. интеграция систем локализации и дания коммуникационных решений ности за счёт лучшей адаптации к опе- зондирования; для промышленных и других вари- рационной среде. 4. достижение высочайших требова- антов использования внутри поме- ний к производительности по за- щений. Растущий спрос на более высокую держке и надёжности; ёмкость и пиковые скорости указыва- 5. новые парадигмы сетевой архитекту- Вывод ет на технологии, использующие всё ры, включающие подсети и конвер- более высокие частоты. По мере уве- генцию RAN-ядра; Развёртывание сотовой связи нового личения плотности инфраструктуры 6. новые схемы безопасности и конфи- поколения примерно каждые десять лет в сочетании с использованием сигна- денциальности. будет продолжаться и в будущем. Сеть СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 +7 (495) 150-53-17 15 WWW.SOEL.RU

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Терагерцовая квантовая медицина как возможный альтернативный способ эффективной борьбы с коронавирусом Амина Азизова, Ольга Бычкова, Виктор Войтович, температуре человеческих органов око- Александр Гордеев, Дарья Николаева, Елизавета Стрюкова ло +40…+41°С (температура свёртыва- ния человеческого белка около +43°С). Статья посвящена терагерцовому и петагерцовому энергетическому Следовательно, при попадании внутрь потенциалу для экспресс-диагностики, а также абсолютно безопасным, человеческого тела РНК-молекула ведёт надёжным скоростным методам подавления опасных вирусов себя как энергоприёмник «чёрноволно- в организме человека. вого излучения» человеческих органов, и этим объясняются практически типо- На фоне летальности от коронави- ● Являются ли 6…9 месяцев поисково- вые максимальные температуры чело- руса, приближающейся к 3,0 млн чело- испытательных работ, исследований, веческого тела при заболевании виру- век, и коммерциализации пандемии разработки новых вакцин гарантией сом Covid-19 – до +38,6…+38,8°С. Потому мировой элитой возникают следую- безопасности цивилизации в услови- что при температурах тела около +40°С щие вопросы: ях сверхкороткой инкубации новых вирус гибнет от энергонасыщения и ● Человечество оказалось не готово к чудовищных форм вируса? распада РНК-молекул. На приведённые вопросы вряд ли борьбе с относительно лёгкой фор- Следовательно, SARS-CoV-2 как при- мой пандемии с летальностью от 1,5 есть однозначные ответы. родный программный продукт зави- до 2,0% в разных регионах планеты. сит от энергетики поражаемой области ● С учётом того, что страны с высоким Вирус SARS-CoV-2 клеток того или иного органа, напри- уровнем технологического развития и его взаимодействие мер лёгких, и вполне возможно, для располагают целым набором вирус- с биоэнергетикой человека него губительно развитие острой пнев- но-бактериального оружия, что про- монии, когда рост температуры может изойдёт в случае утечки (может быть, Вирус SARS-CoV-2 является РНК- оказаться бесконтрольным (вплоть до сознательной) опаснейших модифи- содержащим вирусом, он проникает летальных значений – +43°С, когда каций и штаммов новых вирусов или с помощью короны (белковой «био- происходит распад, свёртывание бел- бактерий? шестерёнки») в органы человеческого ка человеческой ткани). ● Как показали события на Ближнем тела, в частности в лёгкие, мозг и др. Востоке, в руках отдельных терро- На фоне рецидива некоторых заболе- Вычленив спектр излучения РНК- ристических групп имеются огром- ваний, таких как астма, хронический молекул вируса и понимая, что это не ные финансовые ресурсы. Можно ли бронхит, болезни Альцгеймера, Пар- что иное как «чёрноволновое излу- ожидать «вирусного терроризма»? кинсона, могут возникать осложнения, чение» (т.е. излучение и поглоще- ● Можно ли в свете новейших дости- вплоть до летального исхода. ние происходит на одной и той же жений в микро- и нанобиологии, волне, предположим 5,5 мкм – около вирусологии, генетике говорить о Корона вируса, представленная на (5…6)×1013 Гц), можно внешним излуче- технологиях, приводящих к мута- рисунке 1, является не только «транс- нием энергетически перегреть и разру- ции/проникновению той же РНК- портным» (благодаря этой функции шить белковую РНК-основу вируса, не молекулы, допустим нового штамма вирус перемещается), но и защитным перенасыщая ИК-энергией здоровую вируса Covid-19, в ДНК-цепочку чело- механизмом SARS-CoV-2. Без неё вирус белковую ткань того или иного органа. века, и последующем создании «зом- Covid-19 гибнет. би-клона»? В итоге понятно, что если есть очаг ● Можно ли ожидать появления «вирус- Белковая ткань, чувствительная к вирусного поражения в лёгких, мозго- ного нацизма» по расовому или на- видимому спектру излучения Солн- вой ткани, кишечнике или других орга- циональному признаку? ца (0,4…0,76 мкм), распадается при нах, то можно отчётливо заметить его ультрафиолетовой радиации Солнца «корпоративное» излучение и выявить Рис. 1. Вирус SARS-CoV-2 (0,2…0,4 мкм) или при использовании спектр этого излучения как более энер- ультрафиолетовых кварцевых стери- гетически активный. лизаторов. Спектр излучения белка коронной Но, оказывается, РНК-молекула вируса части вируса SARS-CoV-2 близок к спек- SARS-CoV-2 может энергетически насы- тру излучения молекулы белка челове- титься в так называемом «чёрноволно- ческого организма. вом излучении» человеческого тела на длинах волн 5…14 мкм. Оказалось, что Используя в лабораторных услови- SARS-CoV-2 как программный природ- ях ИК-спектрометры Фурье, раманов- ный набор молекул РНК боится актив- ские спектрометры, широкополосные ного внутреннего излучения человече- ИК-тепловизоры, спектрометры на ского тела и практически гибнет при 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021

Реклама ПРОМЫШЛЕННАЯ МИКРО 3Д-ПЕЧАТЬ В ЭЛЕКТРОНИКЕ Уникальная технология 3D-микропечати, позволяющая создавать изделия с разрешением до 2 мкм. Победитель премии SPIE 2021 Prism Awards в категории «Лучшее решение для производства» Запас фотополимера на полгода по промокоду «ЭЛЕКТРОН» БЕСПЛАТНО! [email protected] 8 (800) 500-33-91 topstanok.ru





СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 2. Спектральное распределение Рис. 3. Спектр излучения Солнца и «чёрных» метод гипертермии, который использу- термического излучения кожи руки и волн человеческого тела [1] ется в одной из клиник Нижнего Новго- экспериментального чёрного тела [1] рода при терапии онкозаболеваний, но (1,5…2,0)×1013 Гц; крещенской прору- предлагаемый нами метод прецизион- индуктивно связанной плазме, тун- би – ближе к 1,0 ТГц. но-избирательный и может, в принци- нельные микроскопы, в состоянии без Но необходимо учитывать, что есть пе, характеризоваться как уникальный, проблем выделить не только спектраль- особый энергодиапазон – так называе- в т.ч. и в онкологии (без химиотерапии, но-излучательные характеристики, мая «чёрная» терагерцовая энергощель, хирургического вмешательства, лучевой но и атомно-молекулярный состав которая отражена на рисунке 2. и изотопной терапии). Предположи- белковой ткани коронной оболочки При этом необходимо отметить, что тельно, данный метод будет достаточно вируса. Создав тест-характеристики, энергоспектры излучения солнечной эффективным и при лечении бактери- можно создать портативные прибо- радиации и «чёрноволновой» энергии альных пандемий (чёрной оспы, холе- ры для индивидуальной диагности- излучения человеческого тела никоим ры, чумы, брюшного тифа и др.), а также ки, «откалиброванные» по спектраль- образом не пересекаются, что показа- вирусов гриппа (различных штаммов), но-волновому признаку как на вирус но на рисунке 3. атипичной пневмонии, бронхита и др. SARS-CoV-2, так и на другие вирусы, Приведённая «чёрноволновая» энер- допустим атипичную пневмонию или гетика человека впервые была отраже- Текущие технологические «испанку». на в публикации [2], а также в более ран- инструменты терагерцовой ней работе академика Гуляева Ю. В. и медицины Человек обитает в энергомире в пре- Годика Э. Э. [3] и в работе [4] (авторы – делах доступных для осязания частот от Войтович В. Е., Гордеев А. И., Звонарев А. В.). Основателем отечественной тера- 1 до 1020 Гц (гамма-излучение). Конеч- В «чёрноволновом» диапазоне излуче- герцовой медицины следует считать но, от энергофлюенса частоты человек ния/поглощения человеческого тела талантливого учёного, д.ф-м.н., про- может погибнуть даже при 5…8-герцо- происходят важнейшие резонансные фессора Баграева Н. Т., который в своих вых инфразвуках (сердечно-сосудистая биохимические реакции (биосинтез фундаментальных публикациях [1], [2] система, неврология), не говоря уже о белка) через энергокомплексы АТФ и изложил сущность влияния дальнего частотах, например, 60 ГГц (при кото- далее АДФ. диапазона волн на биологические объ- рых возможно насыщение организ- Белок в SARS-CoV-2 – это модифика- екты. На созданных терагерцовых аппа- ма озоном, являющимся для человека ция РНК-молекулярных соединений, ратах «ИК-Диполь», «Инфратератрон» ядом) или, допустим, о частоте свыше имеющих, в принципе, одну и ту же можно успешно излечивать у паци- 1,8×1015 Гц/6 эВ – начало эмиссии элек- энергетическую базу, что и белок здо- ентов ожоги, язвы, пролежни, тяжё- тронов из «водно-молекулярной» кле- ровой ткани человеческого организма, лые травмы позвоночника, вплоть до точной системы человека (при ядерном с той лишь разницей, что РНК вируса вывода больного из шокового состоя- взрыве человек – это кислородно-водо- Covid-19 энергетически более активна и, ния, и даже достаточно успешно осу- родная «свеча»). следовательно, на энергографике «чёр- ществлять лечение при пульманоло- новолнового» излучения на рис. 2 её кла- гических заболеваниях. В настоящее Благоприятную энергосреду для стерные образования будут чётко про- время Баграевым Н. Т. разрабатывает- человека можно разделить на две части: являться, поскольку они энергетически ся терагерцовый излучатель для глубо- 1. Энергосреда, обусловленная сол- выражены и сопровождаются ростом кого проникновения в лёгочную ткань температуры до пороговой ≈+38,8°С и другие органы именно в «чёрноволно- нечной радиацией на частотах (как показано ранее, температура тела вом» диапазоне человеческого излуче- 7×1013…1,5×1015 Гц (от 1,8×1015 Гц человека ближе к +40°С опасна для виру- ния. Эти разработки связаны с возмож- начинаются необратимые процес- са Covid-19 как раз из-за «чёрноволново- ностью создания такого важнейшего сы, описанные ранее) или на дли- го» излучения органов человека, напри- технологического инструмента для нах волн 0,2…4,0 мкм (включая ви- мер лёгочной ткани). В итоге, выявив подавления коронавируса, как метод димый диапазон с λ = 0,4…0,76 мкм). резонансные частоты кластерных оча- гипертермии, т.е. искусственный разо- 2. Терагерцовая биосреда ≈ от 6×1013 Гц гов Covid-19, можно создать «чёрновол- грев поражённого вирусом органа до вплоть до 1,0 ТГц (1012 Гц). К приме- новую» генерацию извне с целью энер- уровня распада РНК вируса SARS-CoV-2 ру, тепловое электромагнитное излу- гоперенасыщения РНК-белка вируса и с сохранением белка человеческой тка- чение комнаты при 20°С ≈ 15…20 ТГц его свёртывания. Это так называемый ни. Частотный диапазон названных ранее установок соответствует диапа- зону биохимических реакций в орга- низме (λ = 1…700 мкм, интегральная мощность до 50 мВт). Исходя из ска- занного, следует ещё раз подчеркнуть, что белковая РНК-структура коронави- руса имеет свой резонансный узкопо- лосный диапазон частот излучения/ поглощения. Для более глубокого про- никновения терагерцовых волн нужны мощные флюенсы энергии излучения, а в вышеназванных излучателях они в отфильтрованном «чёрно-ковидном» диапазоне не будут превышать еди- 18 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ниц микроватт. Нужны новые излуча- тели на новых уникальных материалах. Физические принципы Рис. 4. Энергетическая диаграмма кристалла LPE i – GaAs c эффектом расщепления диагностики и уничтожения Si Si коронавируса Covid-19 энергетических состояний в запрещённой зоне и инвертирования типа проводимости в зоне (А), Хорошо известно, что большинство фотоприёмников дальнего диапазона, где EC, EV – зона проводимости и валентная зона GaAs; соответствующего «чёрной терагерцо- вой щели» человеческого излучения E ; E – квазиуровни Ферми амфотерных атомов Si; N (cм–3) – концентрация атомов Si в «окнах прозрачности» атмосферы с и Si n и Si p Si λ = 8…14 мкм, выполняются на фотодиод- ных микроболометрах Cd0,2Hg0,8Te (КРТ). онной катастрофы П. Гроссе [8], доклад по принципу ИК-терагерцового приё- Но здесь есть две проблемы, а именно: Гордеева А. И. на 25-й Международной ма в «чёрноволновом» диапазоне излу- необходима температура –77°K, и вто- научно-технической конференции по чения человека можно разделить на три рое – это узкозонный полупроводник фотоэлектронике и приборам ноч- группы: с фиксированной шириной запрещён- ного видения (НПО «Орион», Москва, 1. приборы на основе LPE i-SiGaAsSi кри- ной зоны, т.е. приём ИК-волн будет прак- 24–26 мая 2018 года), а также с учё- тически монохроматичным. Микробо- том эффектов Поккельса, Франца-Кел- сталлов; лометры на основе пиролитического дыша, Штарка, Клаузиуса-Моссотти, 2. приборы на поляризованных диэ- эффекта (на базе BaxSr1-xNb6, LiTaO3 и а также квантования точечной атомно- др.), а также терморезистивные тонкие фононной энергии Пойнтинга абсолют- лектриках LPE i-SiGaAsSi и AlN; плёнки (α- Si) и оксида ванадия (VOx) но очевидна возможность построения 3. приборы на терагерцовых приёмни- не позволяют получать «неразмытые» как высокочувствительных неохлаждае- спектры теплового излучения и обла- мых широкополосных «чёрноволновых» ках/излучателях Si-SiC. дают малой чувствительностью. Есть ИК-фотоприёмников, так и генераторов Создание приборов для приёма hν существенные недостатки и у микро- для излучения в этом же диапазоне. энергий в длинном ИК-диапазоне болометров на основе графена (разра- с энергией от 0,2 до 0,08 эВ (λ = ботки DARPA; МФТИ, г. Долгопрудный). Стоит добавить и определяющие =5…12,5 мкм) или f ∼ 6×1013…2,2×1013 Гц) физические эффекты в виде авторской выстраивается на авторской теории Есть ли отечественные материалы теории мультизонной проводимости мультизонной проводимости. Суть тео- для создания широкополосных сверх- ГордееваА.И.,ВойтовичаВ.Е.,ЗвонареваА.В.[9]. рии или эффекта расщепления запре- чувствительных в «чёрном излучении» Это эффект расщепления запрещённой щённой зоны LPE i-SiGaAsSi кристаллов, человеческого тела микроболометров? зоны в LPE- кристаллах i- SiGaAsSi с созда- легированных атомами амфотерного Как ни странно, такие материалы в нием квантово-точечных водородопо- Si, отражена в публикации [9]. Основ- РФ давно разработаны и ждут своего добных энергетических центров с раз- ные моменты следующие: часа, более того, на них можно созда- личным уровнем энергии ионизации ● Зонная диаграмма LPE i- SiGaAsSi диэ- вать не только неохлаждаемые фото- (основополагающего электродинами- лектрика представлена на рис. 4. приёмники «чёрноволнового излуче- ческого явления в полупроводниках). ● Энергетическая диаграмма в зоне А ния» на новых физических принципах, Нет смысла описывать суть указан- имеет доминирование одной по типу но и генераторы излучения, также осно- ных явлений применительно к новому проводимости амфотерной примеси ванные на новой твердотельной физи- исполнению неохлаждаемых микробо- по водородоподобию над другой, с ке. К таким материалам относятся диэ- лометров. Стоит остановиться лишь на образованием мелких энергетиче- лектрические кристаллы LPE i- SiGaAsSi, некоторых фрагментарных примерах ских уровней. Энергия ионизации представленные фирмой «Интелфаза» конкретного приборостроения для диа- водородоподобных примесей на (г. Ульяновск) и AlN (разработанные гностики и клинического лечения забо- амфотерных атомах не подчиняется д.-ф.м.н. Кукушкиным С. А., ИПМаш леваний, вызванных вирусом SARS-CoV-2. классической, общепринятой в зон- РАН, г. Санкт-Петербург [5]), а также ной (полупроводниковой) теории, некоторые другие кристаллы-диэлек- Приборостроение т.е. она резко отличается от классиче- трики AIIIBV и AIIIBVI, содержащие под- для субсекундной диагностики ской формулировки ионизации при- решётки кристалла на основе атомов вируса Covid-19 меси в полупроводниках, а именно: Ga или Al, с ярко выраженными поля- ризованными или, точнее, электрон – Направления приборостроения для Было: (1) фононно-поляроидными свойствами. мгновенного определения излучения Данные кристаллы по своим поляриза- белковыми РНК-структурами вируса где EH – энергия ионизации водорода ционным свойствам почти идентичны (13,6 эВ); известным кристаллам ниобата лития (NbLiO3), применяемого в нелинейной электромагнитной оптике. На указанных кристаллах на осно- ве уже описанных эффектов (рабо- ты Ахманова С. А., Хохлова Р. В. [6], Гордеева А. И. [7], явления поляризаци- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 WWW.SOEL.RU 19

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 5. Схема ионизации амфотерной примеси Рис. 6. Структура длинноволнового Рис. 7. Зонная диаграмма длинноволнового Si в i – GaAs в условиях комбинированного фотоприёмника на основе гетеросистемы фотоприёмника (теплового насоса) на основе воздействия: температуры n+–AlGaAs/i-GaAs/p+–GaAs n+–AlGaAs/i-GaAs/p+–GaAs, (фононные колебания р→ешётки) и сильного где EС и EV – зона проводимости и валентная статического поля, где E – внешнее поле; полевым переносом электронов из свя- зона; E , E , E – зона проводимости, валентная зона и занного состояния (валентного) пока- Ei – середина запрещённой зоны; зан схематично на рисунке 5. En Si и EA Si – энергия квазиуровней Ферми CVi амфотерных атомов Si; С учётом эффекта Андерсона (разрыв E – энергия ионизации En Si середина запрещённой зоны; зон в гетероструктурах AIIIBV) конечная E и E – квазиуровни Ферми амфотерных структура и зонная диаграмма фотопри- ИКВ ёмника выглядят так (см. рис. 6, 7): Fn Fp ● Блок-схема широкополосного длин- мость диэлектрической проницаемо- сти от частоты, которая представлена атомов Si; новолнового ИК-фотоприёмника по- на рис. 9. hνФ – ИК-излучение казана на рис. 8. ● Индикатор считывания падающей При использовании новых российских ε0 и εGaAs – абсолютная и относительная квантовой энергии или/или, или од- уникальных кристаллов LPE i- SiGaAsSi, AlN, диэлектрические постоянные; новременно: обладающих диэлектрическими свой- а) ΔIобр; ствами, наблюдается эффект модуляции mэфф и m0 – эффективная масса и мас- б) ΔURRM; диэлектрической проницаемости часто- са покоя электрона. в) ΔCф. той внешнего электромагнитного поля, Изменения ΔCф связаны с изменени- показанный на рис. 9. Этот эффект наи- Стало: , (2) ем εGaAs в «темновом» состоянии (состо- более ярко выражен в диэлектрических яние равновесия), при котором ε = 12,8, кристаллах AIIIBV, AIIIBVI, содержащих ато- где ; A≈0,35 ÷ 0,9; до уровня εф ∼ 4,6 при воздействии одно- мы Ga или Al с высокой поляризацион- A пропорциональна энергии hν= временно hν ≈ 0,12 эВ (λ → 10 мкм) и ной чувствительностью, близких по свой- dU/dt – скоростной «пилы напряжения» ствам к атому Li (LiNbO3). =nkT – энергии воздействия на кристалл. с наложением ВЧ-сигнала на варикап. В итоге численная разница En Si С позиции физики твёрдого тела Электронно- (ФТТ) трактовка смысла зависимо- по формулам (1) и (2) достигает двух фононные приёмники сти ε = f(ω), показанной на рис. 9, это порядков. «чёрного»длинноволнового не что иное, как дисперсия квантово- ИК-диапазона точечной энергии кристалла, которая С учётом эффектов Франца-Келдыша в упрощённом виде трактуется так [7]: чувствительность ИК- приёма в зоне А Специалистам в области радиома- (см. рис. 4) повышается и смещается териалов хорошо известна зависи- или (3) влево в более коротковолновую зону. и (4) Эффект Франца-Келдыша с туннельно- Рис. 8. Блок-схема фотоприёмника на p-i-n n+- AlGaAs/i- SiGaAsSi/p+- GaAs на длинах Рис. 9. Классическая зависимость диэлектрической волн 8…12 мкм (она же будет работать и на длинах волн 3…5 мкм), где Ум – проницаемости от частоты проходящего через тело умножитель напряжения от литиевой батареи «Li-Б» диэлектрика высокочастотного сигнала [7] 20 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021

Реклама

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 10. Колебательный контур: Рис. 11. Спектры излучения Si-SiC Рис. 12. «Чёрноволновой» ТГц-излучатель/ L – индуктивность; дилатационной структуры, приёмник C – переменная ёмкость; созданной д.ф.-м.н. Кукушкиным С. А. (ИПМаш R – активное сопротивление РАН, г. С.-Петербург), метрических усилителей на отснове поля- где I – плотность тока через Si-SiC структуру ризованных кристаллов LPE i-GaAs и AlN . (5) [6, 7] открывает неплохую возможность DS создания эффективных установок унич- Математические определения (4), (5), тожения Covid-19 в организме человека. дивергенция поля E и градиента ε пока- ся во всём диапазоне волн от 5 до заны в работе [10]. 15 мкм. Практические результаты новых излучателей запатентованы в РФ [12]. Рассматривая модель кристалла в Электронно-фононные виде резонансно-параметрического излучатели «чёрноволновой» Общий вид терагерцового излучателя колебательного контура (см. рис. 10) терагерцовой щели на основе Si-SiC дилатационной нано- [10], и с учётом графической зависимо- гетеросистемы показан на рис. 12. сти ε = f(ω) на рис. 9, а также элементар- Несложно понять, что, создав два ной формулы: идентичных контура (см. рис. 10), сое- С учётом последних исследований и динив их последовательно и связав это специфики резкого сжатия энергети- , (6) с дисперсией энергии в кристалле ΔW ческой запрещённой зоны кремния до за 2π периодов частоты ω, мы сможем уровня нескольких kT (эВ), стало очевид- можно утверждать, что дисперсия кван- получить либо резонансно-параметри- ным, что приборы, показанные на рис. 12, тово-точечной энергии Пойнтинга в ческий генератор излучения, либо резо- являются также эффективными «тепло- конденсаторе диэлектрического кри- нансно-параметрический усилитель [7]. вольтаидными» приборами, т.е. они могут сталла LPE i-SiGaAsSi или AlN будет выра- выступать в качестве неохлаждаемых жена формулой: «Чёрноволновые» микроболометров в диапазоне длин волн излучатели/приёмники от 5 мкм вплоть до 1000 мкм, но при этом , (7) на основе A /A B максимум ИК-фоточувствительности приходится именно на «чёрноволно- где авторы в работе [11] назвали IV IV IV вой» диапазон 5…15 мкм. глубиной модуляции энергии кристалла. наноструктурных соединений Ультрафиолетовые В итоге через добротность контура стерилизаторы Уникальные «чёрноволновые» Si-SiC для борьбы с Covid-19 получается возможность при энерго- излучатели показаны на рис. 11. на основе кристаллов AlN воздействии в «чёрноволновом» диа- пазоне (около 3×1013 Гц, см. рис. 9, Это уникальнейшие терагерцо- В блестящей работе Кукушкина С. А. зона Б) на диэлектрических кристал- вые излучатели, созданные в сотруд- и Шарофидинова Ш. Ш. [5], опублико- лах LPE i-SiGaAsSi, AlN, Ga2O3 и др. иметь ничестве д.ф-м.н. Кукушкиным С. А. и ванной в 2019 году, показана техноло- чувствительную модуляцию комплекс- д.ф-м.н. Баграевым Н. Т. и его коман- гия получения уникальных диэлектри- ного реактивного сопротивления дой (ООО «Дипольные структуры), ческих кристаллов AlN с объёмными (контура) и, таким образом, обеспе- с более высокой (в 2…3 раза) выходной толщинами до 100…200 мкм (!). Таких чивать сканирование приёма «чёр- мощностью по сравнению с используе- результатов не добивался никто в мире. новолновых» тепловых волн в диапа- мыми ранее в установках «ИК-Диполь», С получением таких материалов откры- зоне по крайней мере от λ = 10 мкм, «Инфратератрон». Исследования спектра вается (и практически показана) возмож- а до λ = 10 мкм отлично подходят LPE- излучения проводились в ООО «Диполь- ность получения сверхкомпактных (пор- кристаллы i-SiGaAsSi с мелкими энерго- ные структуры». Использование прецизи- тативного исполнения) УФ-излучателей уровнями в зоне А. онных ТГц-AlN фильтров и физических на волнах 350…240 нм, которые являют- принципов создания резонансно-пара- ся губительными для вируса Covid-19. С учётом эффектов Франца-Кел- Это уникальное достижение, открываю- дыша и Штарка возможности новых щее возможность уничтожать за секунды микроболометров резко усиливают- коронавирус на поверхности кистей рук, лица (с защитой глаз) и других участков тела человека. То есть легко можно соз- дать УФ-мини-полотенце в общественных местах (на стадионах, в учебных заведе- ниях). 22 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Заключение вых источников терагерцевого излуче- 9. Гордеев А. И., Войтович В. Е., Звонарёв А. В. ния в медицине. Биотехносфера. 2015. Новая физическая твердотельная элек- В статье показаны физические осно- № 5(41). троника на основе терагерцового рас- вы создания приборов для субсекунд- 2. «Механизмы действия инфракрасного щепления и деформации запрещённой ной диагностики вируса Covid-19 и излучения дальнего диапазона на био- зоны LPE SiGaAsSi-кристаллов. «Радиотех- ему подобных. Показан уникальный логические объекты. Дипольные струк- ника». 2017 г. № 10. метод сверхоперативного гипертер- туры. С.-Петербург. 2002 г. URL: http:// мического подавления вируса во вну- ru.dipolestructures.com/specialists/. 10. Зверев В. А., Кривопустова Е. В., Точили- тренних органах человека безвредным 3. Гуляев Ю. В., Годик Э. Э. «Физические на Т. В. Учебное пособие для конструк- безболезненным способом на основе поля биологических объектов». Вестник торов оптических систем и приборов терагерцовых «чёрноволновых» излу- Академии наук СССР. 1983. № 8. «Оптические материалы». Часть 1. Санкт- чателей. Показана практическая воз- 4. Войтович В. Е., Гордеев А. И., Звонарёв А. В. Петербургский университет информаци- можность создания «УФ-полотенца» Терагерцовая тепловольтаика на основе онных технологий, механики и оптики. для уничтожения вируса Covid-19 монокристаллов LPE i-GaAs (SiO). Совре- Санкт-Петербург. 2009. на поверхности кистей рук и дру- менная электроника. 2017. № 3–4. гих открытых участков тела, включая 5. Кукушкин С. А., Шарофидинов Ш. Ш. 11. Андронов А. А., Захаров А. А.и др. Новые окружающее пространство. Показан- Новый метод получения объёмных кри- источники и приёмники ИК- и тера- ные эффективные способы подавления сталлов AlN, GaN и AlGaN с использова- герцового диапазона. Учебно-методи- вируса Covid-19 являются значитель- нием гибридных подложек SiC/Si. Физи- ческий материал по программе повы- но более скоростными по сравнению ка твёрдого тела. 2019. Т. 61. Вып. 12 шения квалификации «Новые подхо- с вакцинацией и, вероятно, обеспечат 6. Ахманов С. А., Хохлов Р. В. Об одной ды к проблемам генерации, обработки, более высокую гарантию очистки орга- возможности усиления световых волн. передачи, хранения, защиты инфор- низма от опасных вирусов и бактерий, ЖЭТФ. 1962. Т. 43. С. 351–353. № 1. мации и их применения». Нижегород- в т.ч. в условиях потенциальной угро- 7. Гордеев А. И. Перспективные терагер- ский государственный университет зы вирусного и бактериального тер- цовые поляризованные информаци- им. Н. И. Лобачевского. Нижний Нов- роризма. онные системы. Современная электро- город. 2007. ника. 2016. № 6–7. Литература: 8. Гроссе П. Свободные электроны в твёр- 12. Кукушкин С. А., Осипов А. В., Феоктистов Н. А. дых телах. Москва. Мир. 1982 г. Патент № 2363067 C1 от 22.01.2008. Спо- 1. БаграевН. Т.,Клячкин Л.Е.,Маляренко А. М., соб изготовления изделия, содержащего Новиков Б. А. Применение кремние- кремниевую подложку с плёнкой из кар- бида кремния на её поверхности. Почему ПериферийноеСканирование? Почему именно JTAG Technologies? Сокращение времени разработки изделий Тестирование и программирование плат Рекордно быстрая окупаемость метода Станции для лаборатории, цеха и отдела сервиса Многоразовое использование тестов Мы стоим у истоков периферийного сканирования Высокая скорость тестирования Клиенты более чем в 50 странах Доступ к скрытым цепям плат Более 15 лет в России, сотни клиентов Эффективное производство Офис техподдержки в России Экономия трудовых ресурсов Периферийное сканирование – это мы РАЗРАБОТКА ПРОИЗВОДСТВО СЕРВИСНОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ Получайте полностью работоспособные Сделайте производственную линию Ремонтируйте цифровые платы даже при опытные образцы совершенной с технологиями JTAG отсутствии CAD-данных на них www.jtag.com • www.jtaglive.com • +7 812 602 09 15 • [email protected] Реклама СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 WWW.SOEL.RU 23

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ SuperCell: достижение новых высот для расширения возможностей подключения к Интернету Алексей Лезинов , руководитель направления ВЧ-СВЧ АО «ЮЕ-Интернейшнл» (yeint.ru) В статье представлены результаты тестирования и анализа SuperCell башенных macrocell или сотни базовых от Facebook Connectivity. Исследование поможет и послужит станций формата small cell. ориентиром для специалистов телекоммуникационной отрасли. Это позволит вывести технологию Facebook на рынок и расширить Учитывая это, стоимость развёрты- покрытие мобильной связи в сельских районах с помощью надёжного вания сети SuperCell окажется на 33% и экономичного способа. ниже по сравнению с сетью тради- ционных базовых станций формата Вступление щие тенденции сохранятся, более 40% macrocell. В Африке имеются пробле- населения в странах с доходами ниже мы с зоной покрытия, топографией Для расширения возможностей под- среднего к 2025 году всё ещё не будут и инфраструктурой. Считается, что ключения к Сети по всему миру компа- подключены к Интернету. в регионе к югу от Сахары SuperCell ния Facebook Connectivity разработала может оказать значительное влияние. SuperCell – решение, с помощью которо- Операторы мобильных сетей (MNO) го предполагается увеличить зону покры- сталкиваются со множеством проблем, Чем SuperCell отличается тия мобильной связи в сельских районах. когда дело доходит до сокращения от других решений? разрыва в покрытии. Сельские райо- Во многих отдалённых районах по ны обычно приносят низкий средний Представители телекоммуникаци- всему миру мобильная связь – един- доход на пользователя (ARPU). Это даёт онной отрасли разработали несколь- ственный вариант подключения к меньше поводов для развития сетей и ко инновационных технологий и биз- Интернету. При этом значительная ещё меньше шансов на получение при- нес-моделей для устранения проблем часть сельских поселений по-прежнему были в этих регионах. Как правило, в покрытии сетью сельских районов. не имеет доступа к мобильному Интер- эти регионы незначительно заселены Существуют недорогие решения для нету, потому что традиционные базо- и имеют пересечённую топографию. небольших базовых станций, которые вые станции (macrocell), которые При этом отсутствуют рентабельная через спутниковый канал могут обеспе- обычно используются для обеспече- транспортная сеть и электричество, чить покрытие населённых пунктов в ния мобильной связи в городских рай- что затрудняет расширение покрытия радиусе от 500 м до 1 км. Появились онах, просто экономически невыгодны мобильной связи. решения для обеспечения покрытия для удалённых мест в странах с низким сотовой связью большой площади с уровнем доходов населения. SuperCell Что такое SuperCell? использованием привязных и стратос- спроектирован как экономичная и ферных аэростатов. Созданы модуль- надёжная альтернатива традиционным SuperCell – это решение для покры- ные решения для транзитных радио- macrocell, а также для лучшего удовлет- тия сетью большой площади. В SuperCell релейных сетей в нелицензированных ворения потребности в связи пользова- используются башни высотой до 250 м диапазонах, группировки спутников телей сельской местности. и узконаправленные антенны с высо- для обеспечения повсеместного покры- ким коэффициентом усиления для уве- тия на низкой и средней околоземных Пробел в покрытии личения дальности и ёмкости покрытия орбитах (LEO и MEO соответственно). мобильной передачи данных. Полевые В таблице приводится краткое изложе- По данным GSMA, 600 млн человек измерения показали, что базовая стан- ние некоторых плюсов и минусов раз- во всём мире живут за пределами тер- ция SuperCell с 36 секторами, установ- личных решений, включая SuperCell. риторий, охваченных сетями мобиль- ленная на 250-метровой башне, может ного широкополосного доступа. Этот обслуживать географическую зону Разработка и тестирование пробел в охвате особенно характе- покрытия, в 65 раз бо′льшую, чем стан- SuperCell рен для сельских и отдалённых райо- дартная трёхсекторная сельская базовая нов, таких как страны Африки к югу от станция на 30-метровой башне при той Тестирование распространения Сахары, где проживает 67% неохвачен- же топографии. В Нигерии был проведён сигнала ного населения мира. Количество под- анализ открытых регионов с использова- ключённых к Интернету людей растёт нием общедоступных данных о плотно- Внушительная зона покрытия из года в год. По факту подключены к сти населения. В сочетании с данными SuperCell обусловлена большой высо- Сети около 40% живущих в странах с инструментов расширенного планиро- той башни и использованием антенн уровнем доходов ниже среднего. При вания сети Facebook Connectivity было с высоким коэффициентом усиле- этом в странах с более высоким уров- определено, что одна SuperCell может ния. Удвоение высоты базовой стан- нем доходов цифра колеблется в рай- заменить от 15 до 25 традиционных ции приводит к улучшению сигнала оне 75%. По оценкам GSMA, если теку- на 6 дБ. Таким образом, использова- ние 240-метровой башни даёт улучше- ние уровня сигнала примерно на 18 дБ. 24 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021

Реклама

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Плюсы и минусы различных решений для связи Решение Транспортная сеть: спутниковая или Плюсы Минусы широкополосная Недорогие небольшие базовые станции с Спутниковая или широкополосная ● Затраты на одну станцию очень ● Высокие затраты на обслуживание транспортом через спутниковый канал и маленькие; спутниковых каналов, из-за чего высокая электропитанием от солнечной энергии стоимость услуги для населения ● станция может быть легко перемещена на новое место ● Аэростаты необходимо спускать при Покрытие больших территорий с Широкополосная ● Замена нескольких базовых станций на ● ветреной погоде; использованием привязанного аэростата одну большую имеет преимущество в ● требуется периодическое восполнение ● стоимости; ● гелием; ● станция может быть легко перемещена в вес базовой станции увеличивает новую локацию; стоимость аэростата; один спутниковый канал вместо многих проблема надёжности – большой регион обслуживается всего из одной нестационарной точки ● Не требуется инфраструктура на земле – ● Вес базовой станции зависит от размера покупка земли, землеотвод и т.п. баллона; Покрытие больших территорий с Широкополосная для каждой станции; ● перемещение станции может привести к использованием стратосферного аэростата ● расположение под углом, более большим проблемам с хэндовером; близким к прямому, позволяет ● перемещение из-за ветров на больших сигналу эффективнее преодолевать высотах; растительность ● бизнес-модель недостаточно изучена Система спутниковой связи LEO Спутниковая ● Меньшая задержка связи в сравнении ● Вопрос окупаемости данного решения для ● с привычными системами связи с ● сельских регионов остаётся открытым; использованием геостационарных спутников; ● следящая антенна должна располагаться сеть из таких спутников может на земле; обеспечить повсеместное покрытие по окупаемость полного набора средств для всему земному шару обслуживания сельских регионов может занять годы SuperCell Широкополосная ● Замена одной станцией SuperCell многих ● Требуется квалифицированное планирование ● традиционных БС более выгодна с сайта. Перемещение конструкции после ● совокупной стоимости владения (TCO); ● развёртывания невозможно; ● высокие башни и мачты – апробированное ● потенциально при сбое в единственной решение. Такие конструкции давно точке большой регион остаётся без связи; используются телевещании и связи; высокое потребление электроэнергии, есть возможность размесить много но планирование операционных затрат тяжёлого оборудования на АМС; (OpEx) проще из-за одного сайта вместо традиционная апробированная бизнес- нескольких модель Во всём мире диапазоны частот Рис. 1. Ровная сельская местность вокруг участка в Квад-Сити, штат Иллинойс (слева) и 300-метровая сотовой связи для стандартов 2G, 3G телебашня с оттяжками, которая использовалась для экспериментов с покрытием (справа) и LTE, как правило, находятся в диапа- зоне от 600 МГц до 2,7 ГГц. Типичные зуя телерадиовещательные башни, рас- ющими узконаправленные антенны на антенны базовой станции, использу- положенные в сельских районах США линзах Люнеберга, размещёнными на емые в стандартных базовых станци- [2]. Территория вокруг Квад-Сити име- разных высотах на радиовещательных ях macrocell, имеют усиление 18 дБи в ет относительно ровную местность башнях. С помощью полученных изме- полосе 2500 МГц. с пахотными землями (см. рис. 1). рений были построены модели потерь В Меткалфе преобладает равнинная на трассе распространения для различ- SuperCell использует антенны, кото- местность с густыми лиственными ных высот передатчиков. Эти экспери- рые обеспечивают усиление до 29 дБи в деревьями. Френчбург расположен на ментально настроенные модели потерь том же диапазоне благодаря узкой диа- пересечённой гористой местности с на трассе распространения затем были грамме направленности. Такие харак- пахотными землями. Были проведены объединены с эмпирически собранны- теристики могут обеспечить, напри- измерения с передатчиками, использу- ми диаграммами направленности мно- мер, антенны на линзе Люнеберга [1]. Вместе увеличение высоты расположе- ния антенны и высокий коэффициент усиления дают преимущество распро- странения в 29 дБ (18 дБ – от преимуще- ства по высоте и 11 дБ – от КУ антенны). Высота антенно-мачтовой конструк- ции и усиление антенны сохраняют- ся симметрично как для uplink, так и для downlink. Предполагая, что показа- тель потерь на трассе равен 4, SuperCell даёт преимущество по дальности при- мерно в 5,3 раза. Большая часть экономического обо- снования SuperCell заключается в изме- рении и реальной оценке преимуще- ства по дальности. Команда Facebook Connectivity и партнёры провели изме- рения распространения сигнала, исполь- 26 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Порог RSRP SC MC Ratio* (дБм) (км2) (км2) 24 –120 3,853 160,84 25 –115 2,557 101,66 25 –110 1,699 68,27 24 –105 842 34,89 23 –100 536 23,52 19 –95 230 12,15 18 –90 144 7,79 17 –85 3,42 14 –80 27 2,04 29 а Порог RSRP SC (км2) MC Ratio* (дБм) 2,044.60 (км2) 66 –120 30,96 65 –115 1,241 19,11 63 –110 847,7 13,55 57 –105 454,3 7,99 54 –100 295,2 5,47 46 –95 136,1 2,96 48 –90 84,9 1,77 58 –85 33,6 0,58 53 –80 16,9 0,32 б *Ratio – соотношение площади покрытия SuperCell и стандартной Макро-БС по заданному уровню сигнала Рис. 2. Тест-драйв охвата 36-секторной SuperCell на 250-метровой башне по сравнению со стандартной трехсекторной macrocell: а) в Квад-Сити, Иллинойс; б) в Меткалфе, Джорджия Общая ёмкость базового блока (Гбит/с) No PAS сти с помощью HOS – это межсектор- σ = 0,1 ные помехи, которые могут привести σ = 0,2 к менее линейному масштабированию 7 σ = 0,31 пропускной способности в зависимо- σ = 0,35 сти от количества секторов. Это может 6 быть вызвано: 1. частичным перекрытием диаграмм 5 направленности антенны: любая фи- 4 зическая конструкция антенны будет иметь боковые лепестки, которые ме- 3 шают соседним секторам (этот эф- фект помех можно учесть при пла- 2 нировании развёртывания); 2. многолучевое рассеяние: отражения 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вокруг объекта вызывают многолу- Количество секторов чевое рассеяние сигналов нисходя- щей и восходящей линий связи. Из-за Рис. 3. Масштабирование ёмкости по отношению к числу секторов рассеяния происходит расширение сигналов, принимаемых на антеннах госекторных антенн. Приведённые далее редь, означает, что ёмкость, обслужи- базовой станции, в угловой области. результаты демонстрируют преимуще- ваемая базовой станцией, должна Это называется угловым разбросом ство покрытия SuperCell над стандарт- соответственно увеличиться. Доступ- (angular spread). ными macrocell базовыми станциями в ный спектр часто ограничен, поэто- В типичных непокрытых сельских областях с ровной местностью (см. рис. му высокая пропускная способность районах застройка одноэтажная, сред- 2). Красный маркер на рисунках указы- зависит от спектральной эффектив- няя высота зданий менее 10 м. В рам- вает точку, которая находится в 20 км от ности области. ках испытаний в Амарилло, штат Техас, основания башен (данные карты Google). был установлен приёмник c направ- SuperCell использует секторизацию ленной параболической антенной Угловой разброс высокого порядка (HOS) с повторным на 300-метровой радиовещательной SuperCell позволит охватывать боль- использованием частот по секторам. Однако одна из ключевых проблем мас- шее количество людей, что, в свою оче- штабирования пропускной способно- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 WWW.SOEL.RU 27

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Процент от общего количества баллов 100 Восходящий канал башне. Используя запатентованный Нисходящий канал метод, был исследован угловой раз- 90 2,000 4,000 6,000 8,000 брос в зависимости от высоты антенны 80 10,000 базовой станции до 250 м и дальности 70 до 20 км. В рамках этого теста специ- 60 алисты смоделировали трассировку 50 лучей для сельской местности вокруг 40 испытательного полигона. Тест пока- 30 зал, что большая разница между сред- 20 ней высотой застройки и высотой 10 базовой станции SuperCell приводит к небольшому угловому разбросу. Это, в 0 свою очередь, позволило снизить меж- 0 секторные помехи и улучшить масшта- бирование пропускной способности Пропускная способность (Кбит/с) по отношению к количеству секторов (см. рис. 3). Эксперименты, проведён- Рис. 4. Функция распределения пропускной способности восходящего и нисходящего каналов ные в Квад-Сити, Меткалфе и Амарил- от пользовательского оборудования Samsung S7, расположенного в 40 км от базовой станции ло, доказывают преимущество SuperCell перед традиционными базовыми стан- Ниже –130.00 (368) 10,1% циями microcell по размеру покрытия от –130.00 до –120.00 (904) 24,8% и ёмкости сети. от –120.00 до –110.00 (1260) 34,6% от –110.00 до –100.00 (705) 19,3% от –100.00 до –90.00 (219) 6,0% от –90.00 до –70.00 (188) 5,2% Выше –70.00 (0) 0,0% Полевые испытания LTE Также были проверены пропускная способность SuperCell с использовани- ем сигналов LTE на больших расстояни- ях, производительность межсекторного хэндовера, качество звонков и трансля- ции потокового видео. Специалисты протестировали SuperCell LTE с использованием 12-сек- торной антенны (имеющей 12 секто- ров в 120° по азимуту) фирмы Matsing в сельской местности штата Нью- Мексико. Базовая станция SuperCell 3 км Медианный RSRP: –115,7 дБм была установлена на 11-метровой баш- Ниже –130.00 (0) 0,0% не на вершине холма с видом на долину. от –130.00 до –120.00 (143) 3,7% от –120.00 до –110.00 (856) 22,4% Вертикальное разнесение между антен- от –110.00 до –100.00 (1308) 34,2% от –100.00 до –90.00 (759) 19,7% ной базовой станции и пользователь- от –90.00 до –70.00 (737) 19,3% Выше –70.00 (25) 0,7% ским оборудованием составляло от 150 до 335 м в зависимости от расположе- ния пользовательского оборудования на маршруте дорожных испытаний. Место проведения испытаний имело топологию скалистой пустыни с мини- мальным количеством растительности. Испытания проводились с использова- нием диапазона 41 LTE (2500 МГц). Тестирование показало, что SuperCell может поддерживать двухстороннюю передачу голоса и видео на расстоя- нии 38 км. SuperCell продемонстриро- вал пропускную способность нисходя- щего канала 6 Мбит/с (50% перцентиль) и 7,8 Мбит/с (90% перцентиль), а так- же пропускную способность восхо- 3 км Медианный RSRP: –115,7 дБм дящего канала 1 Мбит/с (50% перцен- Рис. 5. Результаты драйв-теста с macrocell COLT, размещённой в ближней зоне: а) распределение тиль) и 1,2 Мбит/с (90% перцентиль) RSRP вокруг macrocell ближней зоны, когда SuperCell был выключен; б) распределение RSRP с SuperCell и macrocell, работающими в одном диапазоне (данные карты Bing) для пользовательского оборудования (UE) Samsung S7 на дальности 40 км (см. рис. 4). Межсекторный хэндовер 28 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021

Ğ
ëäåãòìßïíãìßþ
áúðñßáéß
üêäéñïíìçéç 14-16.09 z ž«²°¯¨©·©À…¦°¡±³¡­¦®³¡±¡¥©¯¾¬¦«³±¯®®¯ª°±¯­¼¹¬¦®®¯²³©©®°±¯­³¯±¤¡‘¯²²©© £«¬¿¸¡À ¾«²°¯¨©·©¿°±¦¥°±©À³©ªÀ£¬À¿º©¶²À©¨¤¯³¯£©³¦¬À­©©¨¥¦¬©ª£«¬¿¸¦®®¼¶£¦¥©®¼ª ±¦¦²³±±¯²²©ª²«¯ª±¡¥©¯¾¬¦«³±¯®®¯ª°±¯¥´«·©©¯²³¡®¯£¬¦®©¦±¡£©³¦¬½²³£¡‘•à ¾«²°¯¨©·©¿±¡¨±¡¢¯³¯«²¯¨¥¡®®¼¶£±¡­«¡¶¤¯²´¥¡±²³£¦®®¯ª°±¯¤±¡­­¼h‘¡¨£©³©¦ ¾¬¦«³±¯®®¯ª©±¡¥©¯¾¬¦«³±¯®®¯ª°±¯­¼¹¬¦®®¯²³©®¡¤¯¥¼n¯²³¡®¯£¬¦®©¦ ±¡£©³¦¬½²³£¡‘•à ¾«²°¯¨©·©¿±¡¨±¡¢¯³¯«¯¢¦²°¦¸©£¡¿º©¶£¼°¯¬¦®©¦°±©¯±©³¦³®¼¶®¡·©¯®¡¬½®¼¶°±¯¦«³¯£ z …©£©¨©¯®¼«¬¡²³¦±¡ z ’³¡±³¡°¼£¾¬¦«³±¯®©«¦ h‘¡¥©¯¾¬¦«³±¯®©«¡n„‹h‘¯²³¦¶n z ‹£¡¬©µ©·©±¯£¡®®¼¦°¯²³¡£º©«©ž‹‚ z ‹¯®²¯±·©´­¼©¥©¨¡ª®·¦®³±¼°¯¾¬¦«³±¯®©«¦ z ”¸¡²³®©«©«¯®«´±²¡hˆ¯¬¯³¯ª˜©°n z ‹¯±°¯±¡·©À±¡¨£©³©Àˆ¦¬¦®¯¤±¡¥¡ Реклама

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Проценты (%)100 100 Проценты (%)90 90 80 80 70 Только SC 70 Только SC 60 MC + SC 60 50 Только MC 50 MC + SC 40 40 Только MC 30 –80 –70 30 20 –130 –120 –110 –100 –90 20 –10 –5 05 10 15 20 25 10 RSRP (дБм) 10 0 0 RSRP (дБм) –140 –15 а б Рис. 6. Разделение доступного спектра между мешающим сектором SuperCell и дальней зоной macrocell: а) RSRP ближнего поля; б) SINR ближнего поля 20% успешно переключаться на SuperCell. 15% Это вызывает снижение производи- 10% тельности для области, окружающей 5% дальнюю зону macrocell. В этом сце- 0% нарии наилучшим подходом может –5% стать разделение доступного спектра –10% между мешающим сектором SuperCell и дальней зоной macrocell (см. рис. 6). Аналогичные тесты были проведе- ны для средней и дальней зон. Они доступны в подробной технической статье [3]. –15% Какова экономическая –20% 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 целесообразность SuperCell? Рис. 7. Разница между IRR для 82 SuperCell и IRR для альтернативной сети macrocell Помимо технических испытаний концепции SuperCell, команда Facebook UE также работал без сбоев во время базовых станций macrocell. В отда- Connectivity провела несколько подроб- тестирования. лении от базовой станции SuperCell ных экономических анализов. были установлены станции macrocell Тестирование помех между на шасси грузовика (COLT) в ближ- Анализ в Нигерии сотами ней (4 км), средней (10 км) и дальней Как упоминалось ранее, был проа- (16 км) зонах. В сотрудничестве с American Tower нализирован потенциал SuperCell в Corporation (ATC) и C Spire в Нью- На рисунке 5 показаны подробные открытых регионах Нигерии. Для это- Мексико проводились испытания в диа- результаты драйв-теста с macrocell го использовались общедоступные дан- пазоне TD-LTE. Многие MNO в Афри- COLT, размещённой в ближней зоне. ные о плотности населения в сочета- ке используют LTE в диапазонах FDD. В ближней зоне SuperCell очень хоро- нии с информацией из инструментов Для испытания в Нью-Мексико базовая шо обслуживает область, окружа- расширенного сетевого планирования станция SuperCell была установлена на ющую macrocell. Можно вывести Facebook Connectivity. небольшой башне на вершине холма с macrocell из эксплуатации, когда видом на долину. Идея заключалась в SuperCell развернут. В центре зоны Специалисты Facebook определили, том, чтобы имитировать высокую баш- SuperCell может сосуществовать с сколько потребуется станций SuperCells ню, т.к. логистика установки массивной macrocell и работать в том же частот- и macrocell (обычных трёхсекторных базовой станции SuperCell на верши- ном спектре. SuperCell эффектив- на 30-метровых башнях), чтобы охва- не высокой башни оказалась понят- но обеспечивает дополнительную тить регион. Также специалисты иссле- на не полностью. Далее специалисты пропускную способность в области, довали, как будет выглядеть покрытие, провели испытания в сообществе Фок- окружающей macrocell в средней если бы 82 установки SuperCell были сворт в округе Мэрион, штат Миссиси- зоне, за счёт повторного использо- размещены в Нигерии. пи, примерно в трёх милях к юго-запа- вания спектра. ду от Колумбии, вдоль западного берега Финансовое сравнение с исполь- реки Пёрл. В дальней зоне SuperCell созда- зованием внутренней нормы при- ёт помехи в области, окружающей были (IRR) для оценки прибыль- Важной целью исследования в Фок- дальнюю зону macrocell, но сигнал ности потенциальных инвестиций сворте стала экспериментальная оцен- SuperCell не является доминирую- показало, что 76 из 82 SuperCell в ка помех между сотами, т.е. оценка вли- щим. Пользовательское оборудова- этом моделировании будут иметь яния SuperCell и находящихся рядом ние, подключённое к macrocell, может более высокий IRR, чем эквивалент- ная сеть macrocell. Анализ показал, что установка SuperCell на суще- ствующих высотных башнях в Ниге- 30 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ рии может обеспечить доступ к 50 Интернету для 16,8 млн людей. Это 40 делает выбранную бизнес-модель прибыльной как для операторов мобильной связи, так и для компа- ний, владеющих антенно-мачто- выми конструкциями (см. рис. 7). Технико-экономическая оценка в NPV (млн) 30 Камеруне Macro В рамках дальнейшего экономиче- SC140 ского анализа Facebook в партнёр- SC180 стве с оператором мобильной связи (MNO) сравнил решения RAN для не 20 Small покрытых сотовой связью четырёх штатов Камеруна: северного и вос- 10 точного Камеруна, Адамавы и край- него севера. 0 В этом технико-экономическом ана- Адамава Восточный Крайний Северный лизе сравнивались четыре решения Камерун север Камерун сотовой связи: ● малые БС (small cell): односекторная Камеруна сота со всенаправленной антенной Рис. 8. Анализ чистой приведённой стоимости (NPV) каждого плана, количества новых базовых на 10-метровой мачте; станций и увеличивающегося охватываемого населения ● стандартные БС (macrocell): обычная трёхсекторная ячейка на 75-метро- в штатах Адамава и Восточный Каме- ность в подключении к Сети по все- вой башне; рун. Для северного и крайнесеверно- му миру возрастает. Целые сообще- ● SuperCell140: шестисекторная ан- го Камеруна macrocell показали более ства подвергаются риску остаться тенна с высоким коэффициентом высокую чистую приведённую стои- позади, поскольку доступ к рабочим усиления от Radio Innovations AG на мость, SuperCell140 оказался на втором местам, образованию и таким услу- 140-метровой башне; месте. С практической точки зрения, гам, как здравоохранение, будет всё ● SuperCell180: шестисекторная ан- оптимальный сетевой план представ- больше зависеть от подключения к тенна с высоким коэффициентом ляет собой гетерогенную комбинацию Интернету. усиления от Radio Innovations AG на четырёх конфигураций сотовой свя- 180-метровой башне. зи. В будущих исследованиях это будет SuperCell может предоставить рен- Специалисты Facebook провели изучено дополнительно. табельное решение для операторов анализ потерь на пути для SuperCell мобильной связи и владельцев антен- с использованием данных, собран- Покоряя новые высоты но-мачтовых сооружений, при этом ных с работающих базовых стан- обеспечив высокоскоростное и надёж- ций в Камеруне. Партнёр MNO пре- После завершения партнёрских ное соединение для сельских сооб- доставил технико-экономические испытаний и подтверждения эффек- ществ. данные: CapEx, OpEx, ARPU, скорость тивности SuperCell разработчики принятия и среднее потребление тра- готовы передать технологию более Литература фика на пользователя. Анализ был широкой аудитории специалистов проведён независимо, с использова- телекоммуникационной отрасли. 1. Веб-сайт производителя антенн на нием инструмента Advanced Network базе линз Люнеберга. URL: http://www. Planning от Facebook Connectivity и Кроме того, в рамках проекта Telecom matsing.com/. программы планирования партнё- Infra Project (TIP) недавно были соз- ра MNO. даны группы решений для проверки 2. Документация на антенну, исполь- В технико-экономическом анали- сквозных открытых сетевых решений, зованную для тестов в сельских рай- зе сравнивались четыре различных в том числе подгруппа, специализиру- онах США: Квад-Сити, Иллинойс; плана однородной сети, составлен- ющаяся на решениях «Сеть как услуга» Меткалф, Джорджия и Френчбург, ных исключительно с использованием (NaaS). Facebook Connectivity предо- Кентукки. URL: https://matsing.com/ четырёх конфигураций сотовых стан- ставит этой группе данные о техниче- ms-12-6db180. ций, описанных ранее. Результат анали- ских испытаниях SuperCell и информа- за с точки зрения чистой приведённой цию о бизнес-моделях, которые можно 3. SuperCell: A Wide-Area Coverage Solution стоимости (NPV) каждого плана, коли- использовать для решения проблемы Using High-Gain, High-Order Sectorized чества новых базовых станций и уве- отсутствия высокоскоростного досту- Antennas on Tall Towers. URL: https://arxiv. личивающегося охватываемого насе- па в Интернет в сельских и пригород- org/abs/2012.00161. ления показан на рисунке 8. ных районах. SuperCell140 и SuperCell180 показали 4. Оригинальная статья Facebook лучшую NPV, чем другие альтернативы В то время как разрыв в доступности Engineering. URL: https://engineering. сетей связи увеличивается, потреб- fb.com/2020/12/03/connectivity/ supercell-reaching-new-heights-for-wider- connectivity/. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 WWW.SOEL.RU 31

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Электронные компоненты компании Bourns. Современные датчики давления и влажности Юрий Петропавловский (г. Таганрог) ня шасси (Chassis Level Sensor), дат- чики положения двигателей (Motor В статье представлен модельный ряд современных прецизионных Position Sensor), бесконтактные диф- датчиков давления серии BPS от компании Bourns. Рассмотрены их ференциальные датчики углового по- особенности и основные технические параметры. ложения (Differential Non-Contacting Angle Sensor), комбинированные дат- Компания Bourns Inc. является одним полимеров с положительным температур- чики углового положения и крутяще- из крупнейших производителей пас- ным коэффициентом (PPTC – polymeric го момента (Combo Sensor Steering- сивных электронных компонентов, positive temperature coefficient device). torque), датчики положения дросселя датчиков, установочных изделий и (Throttle Position Sensor), датчики для элементов индикации для различных Расширение ассортимента выпуска- систем обогрева, вентиляции и конди- отраслей промышленности, медицин- емой продукции Bourns Inc. в немалой ционирования (HVAC Sensor), датчи- ской и измерительной техники, авто- степени осуществляла за счёт приоб- ки углового положения руля (Steering мобилестроения и транспорта. ретения других профильных компа- Sensor), датчики уровня жидкости ний или их подразделений, например (Fuel Level Sensor); Bourns Inc. (г. Риверсайд, Калифор- Precision Monolithic, Inc. (1974), про- ● защитные устройства (Circuit ния, США) основана в 1947 году выпуск- изводителя тиристорных защитных Protection) – компоненты защиты никами Мичиганского университета устройств Power Innovations, Ltd (2000), от статического электричества (ESD- Марланом и Розмари Борнс (Marlan and подразделение датчиков и приборов супрессоры), диодные матрицы, га- Rosemary Bourns) как лаборатория Bourns управления компании Texas Instruments зоразрядные трубки (GDT), устрой- Laboratories Inc. Тогда «компания» рас- (2003). Bourns в разные годы также при- ства защиты светодиодов (LED Shunt полагалась в гараже площадью 35 кв. м обрела ряд профильных активов извест- Protection) и ряд других видов защит- в г. Альтадене. В 1950 году штаб-квартира ных производителей электронных ных устройств; компании переместилась в г. Риверсайд, компонентов, например Tyco (2005), ● диоды – силовые TVS-диоды, выпря- а в 1959 году компания была переимено- Bell Industries (2006), Jensen Devices AB мительные диоды, диодные матрицы; вана в Bourns Inc. Первым коммерчески (2012), Murata Manufacturing Co. Ltd ● кодеры (Encoders) – контактные ко- успешным продуктом Bourns стал линей- (2015) и ряд других активов и бизнесов деры (программные переключатели), ный потенциометр Trimpot® с высоко- различных производителей. Производ- магнитные и оптические энкодеры, точной винтовой регулировкой поло- ственные мощности компании распо- продукты для профессиональной жения ползунка (см. рис. 1). В 1962 году ложены как на территории США, так и в звуковой аппаратуры (Pro-Audio компания открыла европейское подраз- других странах (Мексика, Тайвань, КНР). Products); делите Bourns AG в Швейцарии. ● предохранители (Fuses) – плавкие Продукцию компании представляют предохранители для поверхностно- Продукты компании успешно приме- многие глобальные и локальные дис- го монтажа, разрывные предохрани- нялись в высокотехнологичных отраслях трибьюторы электронных компонентов тельные резисторы; промышленности, в частности в 1969 году по всему миру. В регионе EMEA (Европа, ● нагреватели (Heaters) – керамиче- изделия Bourns Inc нашли применение в Средний Восток, Африка) компоненты ские термисторные нагреватели; оборудовании космического аппарата и приборы Bourns имеют в своём ассор- ● магнитная продукция – широкая Apollo 11, участвующего в лунной про- тименте такие дистрибьюторы, как номенклатура ферритовых чип- грамме США. В 1976 году компания нача- Mouser Electronics, Digi-Key Electronics, сердечников и индуктивностей с маг- ла производство резистивных матриц, в Arrow Central Europeenne, Avnet Abacus нитными сердечниками; 1985-м – подстроечных резисторов для Vienna, Farnell, RS Components и целый ● пассивные датчики (Passive Sensors) – поверхностного монтажа, в 1989-м – дат- ряд других. В России продукты Bourns контактные многооборотные и пол- чиков угла поворота руля (Steering Sensor), представляет компании «Симметрон», зунковые датчики, бесконтактные а в 1996-м – самовосстанавливающихся Argussoft Electronics, Arrow Electronics, одно- и многооборотные датчики; предохранителей Multifuse® на основе Avnet Abacus Russia, Compel LLC, Digi-Key ● потенциометры – панельные пол- Electronics, Farnell, Mouser Electronics, зунковые потенциометры промыш- Рис. 1. Потенциометр Trimpot® Platan Components и другие. Компа- ленного и бытового назначения, ния «Симметрон» представляет продук- поворотные прецизионные потен- ты Bourns также на Украине, в Белару- циометры; си и других странах СНГ. ● резисторы – широкая номенклатура резисторов различных видов; В каталоге Bourns 2021 года представле- ● датчики – датчики для мониторин- на широкая номенклатура электронных га окружающей среды, датчики по- компонентов, приборов и инструментов ложения; в следующих основных категориях: ● компоненты для автомобильных при- ложений (Automotive) – датчики уров- 32 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021

Реклама

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Рис. 2. Прецизионные датчики Bourns Рис. 3. Датчик давления BPS110 давления. Датчики имеют компенсиро- ванный аналоговый выход в мА, высо- ● устройства защиты от перенапря- Внешний вид прецизионных дат- кую чувствительность и предназначены жений (Surge Protection Devices) – чиков Bourns для мониторинга окру- для применения в чистых, сухих и некор- устройства защиты в цепях пере- жающей среды показан на рисунке 2, розионных средах. Основные области менного и постоянного тока, цепях датчики давления серии BPS (Bourns применения датчиков, рекомендован- передачи данных, коаксиальных Precising Sensor) выполнены в ком- ные производителем: системы отопле- трактах; пактных корпусах по инновацион- ния, вентиляции и кондиционирования ной МЭМС-технологии, обеспечива- (HVAC), мониторинга производствен- ● переключатели – кнопочные и по- ющей чрезвычайно высокую точность ных процессов, автоматизации упаков- воротные; показаний. Чувствительные пьезоре- ки, диагностическое и аналитическое зистивные элементы датчиков сфор- оборудование. Приведём некоторые ● продукты для профессиональной зву- мированы на кремниевой диафрагме характеристики датчиков серии: ковой аппаратуры (ProAudio) и све- методом химического травления. Клас- ● напряжение питания 2,7…5,5 В; тотехники (Pro Lighting). сификационные характеристики при- ● ток потребления 1,25…2,4 мА (типо- В группе датчиков для мониторинга боров приведены в таблице. Здесь и далее: psi – фунт на квадратный дюйм, вое значение 2 мА); окружающей среды Bourns представле- 1 psi = 68,948 × 10–3 бар; FS – от всей шка- ● минимальное сопротивление нагруз- ны датчики давления и датчики влаж- лы (всего диапазона значений). ности, причём многие типы таких изде- ки 5 кОм (выходной ток до 1,9 мА); лий предназначены для эксплуатации Рассмотрим особенности компенси- ● диапазон рабочих температур в жёстких условиях: при повышенных рованных (в диапазоне рабочих темпе- ударных и вибрационных нагрузках, ратур) и некомпенсированных датчиков –40...+85°С (хранения –55...+100°С); расширенном диапазоне рабочих тем- давления, а также датчиков влажности ● диапазон давлений от 0,15 psi (10,3 мбар) ператур и высокой влажности. Компа- серии BPS более подробно. ния Bourns относится к сравнительно до 1,0 psi (68,9 мбар); узкому кругу производителей, выпуска- Серия BPS110 (см. рис. 3) – компенси- ● точность при температуре 25°С – 0,25% FS. ющих продукты для жёстких условий рованные аналоговые датчики низкого эксплуатации. Устройство датчика BRS110 показа- но на рисунке 4, установка прибора осу- ществляется посредством восьми выво- дов для монтажа в отверстия печатных плат (Р1 – Uпит, Р4 – корпус, Р6 – анало- говый выход, остальные выводы не под- ключены). Конкретные характеристи- ки различных исполнений приборов серии определяются буквенно-циф- ровой маркировкой в наименовании, например BPS110-AG0P15-2DG. В мар- кировке, в частности, учитывается диа- пазон давлений и некоторые конструк- тивные особенности. Некомпенсированные датчики давления Серия Тип давления Диапазон Выход Совместимые Смещение, Нелинейность Дрейф за срок Uпит, В Диапазон температур Размеры корпуса BPS310 давлений среды мВ/В службы BPS320 Относительное и BPS330 дифференциальное 0,15...1,0 psi мВ Некоррозионные 0±10 ±0,25% FS ±0,5% FS 2,7–15 –40...+85°С 12 мм BPS340 сухие газы Абсолютное и Серия относительное 15...500 psi мВ Некоррозионные 0±10 ±0.2% FS ±0,5% FS 1,5–15 –40...+85°С 6 мм BPS110 Абсолютное и сухие газы BPS120 относительное BPS125 5...60 psi мВ Некоррозионные 0±5 ±0,25% FS ±0,5% FS 1,5–15 –40...+125°С 8 мм BPS130 Абсолютное и сухие газы относительное BPS140 Жёсткие ±0,2% FS ±0,5% FS 1,5–15 –40...+85°С 9 мм Тип давления 15...500 psi мВ среды (воздух, 0±10 Серия BPS240 Относительное и жидкости, газы дифференциальное Компенсированные датчики давления Относительное и дифференциальное Диапазон Выход Совместимые Общая Точность Дрейф за срок Uпит, В Диапазон температур Размеры корпуса давлений службы Относительное и среды ошибка дифференциальное 0,15...1,0 psi Аналоговый Некоррозионные ±1,5% FS ±2,5% FS ±0,5% FS 2,7–5,5 –40...+85°С 12 мм Абсолютное и сухие газы относительное 0,15...1,0 psi Цифровой Некоррозионные ±1,5% FS ±2,5% FS ±0,5% FS 2,7–5,5 –40...+85°С 12 мм Абсолютное и I2C сухие газы относительное 0,15...1,0 psi Цифровой Некоррозионные ±1,5% FS ±2,5% FS ±0,5% FS 3,0–3,6 –40...+85°С 12 мм Выход I2C сухие газы Цифровй I2C Жёсткие ±2,5% FS ±0,5% FS 4,5–5,5 –40...+150°С 10 мм 15...500 psi Аналоговый условия (воздух, ±2,5% FS жидкости, газы) Жёсткие ±2,5% FS ±0,5% FS 4,5–5,5 –40...+150°С 10 мм 15...300 psi Аналоговый условия (воздух, ±2,5% FS жидкости, газы) Датчики влажности Диапазон Разрешение Диапазон Точность Uпит, В измеряемых Размеры корпуса ±2% типовая температур 2 мм 10 бит 0...100% –0,3…+7 –30...+100°С 34 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ МЭМС-чувствительный элемент (дифференциальное давление) Защитный кожух Мягкий материл фиксации кристалла датчика Специализированная микросхема (ASIC) Конденсатор Рис. 5. Датчик BPS130 фильтра ● золотое покрытие KovarTM (как опция); Электрические выводы датчика ● соответствие директиве RoHS. Рис. 4. Устройство датчиков BPS110 Рекомендуемые производителем МЭМС-чувствительный области применения: промышленные элемент холодильные установки и системы, Конденсатор измерение уровня воды, мониторинг давления, медицинские приборы, диа- Площадка гностическое и испытательное обору- для пайки дование, топливные и нефтяные систе- мы, измерители давления выхлопных Микросхема Давление газов. Устройство приборов серии ASIC показано на рисунке 6, в число мате- риалов, контактирующих с внешней Рис. 6. Устройство датчика BPS130 средой, входят кремний, стекло, кера- мика, золото, олово. Основные харак- Серии BPS120, BPS125 – компенси- стики исполнений датчиков определя- теристики датчиков серии: рованные цифровые датчики низко- ются буквенно-цифрой маркировкой в ● напряжение питания 4,5…5,5 В (ти- го давления (внешний вид соответ- наименованиях, в том числе по наиме- ствует рисунку 3), также как и BPS110, нованию можно определить тип измеря- повое значение 5 В); приборы обеспечивают измерение емого давления (относительное или диф- ● ток потребления до 10 мА; относительного и дифференциально- ференциальное) и диапазон давлений ● выходной ток до 2,5 мА; го типов давления. Отличия касаются (три градации: 0,15, 0,3, 1,0 psi). Напря- ● защита от неправильной полярности способа вывода данных, осуществляе- жение питания приборов серии BPS120 мого по цифровой шине I2C (выводы составляет 2,7…5,5 В при токе потребле- до –33 В, от повышенного напряже- Р7, Р8 прибора). Для преобразования ния 1,2…3,5 мА, серии BPS125 –3,0…3,6 В ния до 33 В; аналоговых сигналов от датчика дав- при токе потребления 1,2…3,5 мА ● диапазон рабочих температур ления в цифровую форму используется –40...+150°С (хранения: –55...+150°С); 13-разрядный АЦП со временем обнов- Серия BPS130 – аналоговый датчик ● диапазон изменения выходного сиг- ления около 8,5 мс, что обеспечивает высокого давления. Внешний вид при- нала 10–90% Uпит (на уровне ограни- точность измерения давления ±0,25% боров показан на рисунке 5. Основные чения 5…95% Uпит); FS, а общая ошибка в диапазоне темпе- особенности датчиков серии: ● разрешение 0,02% FS; ратур 0...+60°С не превышает ±0,5% FS. ● компенсированный выход в мВ; ● точность ±0,25% FS; ● непосредственный мониторинг среды; ● полная ошибка в диапазоне темпера- Требования к параметрам сигналов ● измерение относительного и абсо- тур –40...+150°С – ±2,5% FS. интерфейса I2C – тактовая частота SCL Приборы предназначены для экс- 100…400 кГц, длительность импульсов лютного давления; плуатации в жёстких условиях внеш- SCL 0,1…0,6 мкс. Конкретные характери- ● применение в изолированной бор- ней среды (воздух, жидкости, газы) и защищены от воздействия статиче- товой электронике; ского электричества до 4,5 кВ. В наи- менованиях датчиков учтены разли- чия электрических и конструктивных характеристик различных исполнений, в том числе тип давления (относитель- ное и абсолютное) и давлений (три гра- дации – 15, 30, 100 psi). Серия BPS140 (см. рис. 7) – компенси- рованные аналоговые датчики высоко- го давления. Приборы характеризуются в основном такими же электрически- ми и эксплуатационными параметра- ми, что и датчики сери BPS130, обла- сти применения также аналогичны. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 WWW.SOEL.RU 35

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Рис. 7. Датчик BPS140 Отличия касаются только диапазонов ● измерение абсолютного и дифферен- измеряемого давления, выпускаются циального давления; Конденсатор МЭМС-чувствительный элемент исполнения с диапазоном давлений Площадка 15 и 30 psi. Устройство приборов серии ● опционная керамическая трубка для для пайки показано на рисунке 8. подачи газов; Микросхема ASIC Серия BPS310 – некомпенсирован- ● опционное гелевое покрытие для ный аналоговый датчик низкого давле- кондиционерных приложений; Давление ния (внешний вид соответствует рис. 3). Основные особенности и характери- ● напряжение питания 5…15 В; Рис. 8. Устройство BPS140 стики приборов серии: ● ток потребления не более 1,2 мА; ● некомпенсированный выход в мВ; ● диапазон рабочих температур Рис. 9. Датчик BPS320 ● высокая чувствительность; ● измерение абсолютного и дифферен- –40...+125°С; Рис. 10. Датчик BPS330 Диапазон давлений определяется циального давления; конкретным исполнением приборов Рис. 11. Датчик BPS34 ● применение в некоррозионных сре- и находится в диапазоне от 5 до 60 psi. Серия BPS340 (см. рис. 11) – ана- 36 дах (жидкостях, газах); логовый датчик среднего давления в ● напряжение питания 5…15 В; компактном корпусе для монтажа на ● ток потребления до 3 мА; поверхность. Основные особенности ● диапазон рабочих температур и характеристики датчиков серии: ● некомпенсированный аналоговый –40...+85°С. выход в мВ; Диапазон измеряемых давлений ● измерение абсолютного и дифферен- определяется конкретным исполне- циального давления; нием приборов и находится в преде- ● непосредственный мониторинг окру- лах от 0,15 до 30 psi. жающей среды, в том числе с жёстки- Серия BPS320 – аналоговый датчик ми условиями; низкого давления в компактном корпу- ● золотое покрытие контактов; се для монтажа на поверхность. Внеш- ● напряжение питания 1,5…15 В (ти- ний вид прибора показан на рисунке 9. повое 5 В); Основные особенности и характери- ● ток потребления не более 3 мА; стики датчиков серии: ● диапазон измеряемых давлений ● некомпенсированный аналоговый в зависимости от исполнений от 15 выход в мВ; до 500 psi. ● измерение абсолютного и дифферен- В ассортименте Bourns также име- циального давления; ются датчики влажности серии BPS240 ● напряжение питания 5…15 В; (см. рис. 12). Датчики серии изготавли- ● диапазон рабочих температур ваются по инновационной ёмкостной –40...+85°С. технологии и выполнены в миниатюр- Диапазон измеряемых давлений ных корпусах размерами 2×2×1,25 мм. определяется конкретным исполне- Основные особенности, преимущества нием приборов и находится в преде- и характеристики приборов серии: лах от 15 до 500 psi. ● высокая надёжность и стабильность Серия BPS330 – аналоговый датчик характеристик; среднего (Medium) давления в компакт- ● высокая чувствительность; ном корпусе. Внешний вид прибора ● высокая точность измерения влажно- серии показан на рисунке 10. Основ- сти – ±2,0% RH в диапазоне 0…100% RH; ные особенности и характеристики ● диапазон рабочих температур датчиков серии: –30...+100°С; ● некомпенсированный аналоговый ● низкое напряжение питания (1,62…5,5 В) выход; и малый ток потребления; ● цифровой выход в формате I2C. Рис. 12. Датчик BPS240 Области применения датчиков, реко- мендуемые производителем в промыш- ленности: системы HVAC, мониторинг влажности и температуры, контроль про- цессов производства продуктов питания, оборудование помещений, сельскохозяй- ственное и силосное производство, авто- матизация упаковки. Области применения в медицинских приборах: портативные кислородные генераторы, распылители (небулайзеры), аппараты искусственной вентиляции лёгких (CPAP). WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021



ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Беспилотная навигация: компоненты и решения Александр Бекмачев ([email protected]), времени (RTK – Real Time Kinematic). Андрей Михеев ([email protected]), Андрей Родин ([email protected]) Поэтому была проведена модерни- зация ГКВ-11, в ходе которой внутрь Средства инерциальной навигации широко используются в проектах устройства интегрирован двухчастот- по созданию беспилотного транспорта. В этой статье описаны основные ный ГНСС-приёмник с поддержкой принципы управления беспилотными транспортными средствами функции RTK. с использованием МЭМС-датчиков движения. Дальнейшим развитием ИНС с инте- Пандемия 2020 года внесла ощути- и управления их движением, основан- грацией ГНСС явилось создание инер- мые коррективы в сложившиеся жиз- ный на свойствах инерции тел и являю- циальных модулей ГКВ-12 с двухантен- ненные уклады населения различных щийся автономным, то есть не требую- ным решением для получения курсовой стран независимо от уровня развития щим наличия внешних ориентиров или информации в статическом положении их экономики. Отдельные отрасли, поступающих извне сигналов. (см. рис. 2). Модули ГКВ-12 используют- такие как фармакология, информаци- ся, в частности, в проекте беспилотного онные технологии, стали мегабене- Инерциальные навигационные автомобиля, разрабатываемом Москов- фециарами, другие – получили и реа- системы для беспилотного ским автомобильно-дорожным госу- лизовали шанс для выхода на рынок с транспорта дарственным техническим универ- передовыми разработками, которые ситетом (МАДИ), предыдущая версия, в другой обстановке появились бы в В 2018 году Лаборатория Микро- принимавшая участие в квалификаци- широком повседневном обиходе толь- приборов разработала инерциальную онных заездах конкурса беспилотно- ко в «эволюционном» порядке – через навигационную систему (ИНС) ГКВ-11 го транспорта «Зимний город», пока- 3…5 лет. Такими счастливчиками стали, с встроенным приёмником ГНСС зана на рис. 3. среди прочих, разнообразные беспи- (Global Navigation Satellite System, гло- лотные системы, которые, в свою оче- бальная навигационная спутниковая Комплексирование редь, немыслимы без надёжных систем система) метровой точности. Данный инерциальной навигации автономной навигации. модуль позволяет получить курс объек- с ГНСС та, например автомобиля, в движении, Неавтономные методы навигации рассчитать ориентацию и поддержи- Комплексированное навигационное знакомы нам с детства и основывают- вать автономную навигацию при кра- решение позволяет вычислять ориен- ся на использовании внешних ориен- тковременной потере сигнала ГНСС тацию ИНС с высокой точностью при тиров или сигналов, например звёзд, (см. рис. 1). ИНС ГКВ состоят из МЭМС- высокой динамике, в зависимости маяков, радиосигналов и т.п. Эти мето- датчиков – датчиков угловой скорости от характеристик датчиков – от 0,5 ды достаточно просты, но в ряде слу- и акселерометров, высокопроизводи- до 0,01°, а также работать автоном- чаев не могут быть реализованы из-за тельного вычислителя, приёмника но при отключении или пропадании отсутствия видимости, а также подго- ГНСС, магнитометра и необходимой ГНСС-сигнала. Чем стабильнее и точнее товленной инфраструктуры с опор- периферии. Для вычисления навигации инерциальная часть, тем дольше будет ными точками, наличия помех для инерциальный модуль обрабатывает сохраняться навигация без дополни- радиосигналов и т.д. Таким образом, инерциальные и ГНСС-данные. Ошиб- тельной коррекции. На рисунках 4…6 потребность в автономных навигаци- ки, вызванные шумами и нестабильно- показаны проезды под мостом, по тун- онных системах стала причиной воз- стью инерциальных датчиков, коррек- нелю, а также при плотной городской никновения инерциальной навигации. тируются по данным ГНСС-приёмника. застройке. В общем случае инерциальной нави- Для беспилотного транспорта приём- гацией называют метод навигации – ника ГНСС метровой точности недоста- определения координат и параметров точно, необходимо использовать при- движения различных объектов (авто- ёмники, вычисляющие координаты с мобилей, судов, самолётов, ракет и др.) сантиметровой точностью в реальном Рис. 1. Семейство модулей ИНС с ГНСС: ГКВ-6, Рис. 2. Двухантенный инерциальный модуль Рис. 3. Беспилотная система, созданная ГКВ-11 ГКВ-12 кафедрой «Организация и безопасность движения» МАДИ, с инерциальной 38 WWW.SOEL.RU навигационной системой ООО «ЛМП» СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Рис. 4. Проезд автомобиля под мостом Рис. 5. Проезд автомобиля по туннелю Рис. 6. Проезд автомобиля при плотной застройке Общий принцип вычисления ГНСС передаёт координаты в геоцен- навигации инерциальным трической ECEF (Earth-centered, Earth- нат и нулевых значений инерциаль- модулем с коррекцией fixed) или эллиптической LLA (геоде- ных датчиков; от ГНСС-приёмника, или как зические широта, долгота, высота) 2. вычисление курса в достоверном ин- работает комплексированное системах координат, которые внутри тервале; навигационное решение алгоритма преобразуются в СК NED и 3. доворот стартовой СК к NED; выполняется коррекция инерциаль- 4. основная работа навигационного Навигационный алгоритм считает ной навигации. Абсолютная точность алгоритма. навигационное решение в геодезиче- координат, выдаваемых навигацион- При этом важно: ской системе координат (СК) Север- ным алгоритмом, в геодезической СК ● координаты XYZ начинают рассчи- Восток-Низ (NED). Начало СК в точке полностью зависит от точности коор- тываться с момента вычисления углов включения или при включении в дви- динат ГНСС-приёмника. склонения, но так как курс в началь- жении в точке схождения решения с ный момент может быть неизвестен, координатами XYZ, где X – проекция После включения ИНС и ГНСС рабо- то после этапа 2 происходит коррек- вектора положения на ось, направлен- та навигационного алгоритма постро- ция (учёт полученного курса) и коор- ную на север, Y – на ось, направленную ена следующим образом: динаты доворачиваются до СК NED на восток, Z – на ось, направленную по 1. выставка – вычисление углов скло- скачком; вектору силы тяжести Земли. нения в стартовой системе коорди- Реклама СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 WWW.SOEL.RU 39

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Рис. 7. Общий вид проезда под мостом ния акселерометров применяются для Рис. 9. Заезд автомобиля на парковку по вычисления начальных углов склоне- спирали Рис. 8. Сравнение траекторий автомобиля при ния. Курс вычисляется после начала проезде под мостом: движения при достижении приёмни- ний на кинематическую модель. Напри- красная – без поведенческой модели, ком ГНСС порогового значения гори- мер, для автомобиля можно оставить зелёная – с поведенческой моделью автомобиля зонтальной скорости в течение опре- скорость по ходу движения без коррек- делённого времени. По умолчанию это ции или корректировать от одометра, ● до основной работы навигационно- скорость 2 м/с в течение непрерывного а остальные скорости принять равны- го алгоритма выдаваемые координа- периода времени 2000 мс. До момента ми нулю, т.к. автомобиль в общем слу- ты в географической СК полностью вычисления курса рекомендуется дви- чае не едет боком и не взлетает. копируют координаты от приёмни- гаться прямолинейно. ка ГНСС; В таком случае значительно повы- Указанный выше временной интер- шается время автономной работы ● по умолчанию инерциальные данные вал 10 с выбран, исходя из времени кор- навигационного модуля. При проез- выдаются с частотой 1 кГц, но обнов- реляции нестабильности смещения де под мостом алгоритм с коррекци- ление навигационного алгоритма в нуля ДУС по дисперсии Аллана (сред- ей по модели автомобиля приводит в текущей реализации производится неквадратическое относительное двух- точку возобновления ГНСС-решения с частотой 100 Гц, поэтому ориента- выборочное отклонение), но этот пара- (см. рис. 7), в то время как чисто авто- ция, скорости и координаты обнов- метр может быть задан пользователем. номный навигационный алгоритм ляются с частотой не более 100 Гц. допускает бо′льшую ошибку (см. рис. 8). Выставка в динамике на основе Типы выставки навигационного данных ГНСС Особенно это заметно при более алгоритма динамичном движении, таком как Алгоритм постоянно пробует найти заезд на многоуровневую стоянку по К моменту настоящей публикации участок, где можно вычислить началь- спиральному подъёму. Алгоритм с Лабораторией Микроприборов пред- ные углы, как правило, это участок с наложением ограничений повторяет ставлено четыре типа выставки для постоянной горизонтальной скоро- траекторию движения по спирали (вид навигационного алгоритма с коррек- стью, и далее ждёт манёвра в течение сверху – круг), в то время как чистая цией от данных ГНСС-приёмника для 20 с, т.е. изменения скорости для вычис- автономная навигация «разваливает- различных прикладных задач. ления курса и доворота стартовой СК к ся», и видно, что ось спирали накло- геодезической СК и переходу к основ- нена. Выставка из покоя ному навигационному алгоритму. Инерциальный модуль должен нахо- Такая коррекция может использо- Выставка в ка′чке на основе ваться для удержания координат при диться в состоянии покоя, т.е. угловые данных ГНСС парковке прокатных автомобилей на скорости и кажущееся линейное уско- многоуровневых крытых паркингах, рение не должны меняться первые Для работ на воде была введена где возникают проблемы с завершени- 10 с, за это время усредняются показа- отдельная выставка, при которой алго- ем аренды из-за выхода за разрешён- ния датчиков угловой скорости (ДУС) и ритм ищет начальные углы склонения. ную зону парковки (см. рис. 9). акселерометров. Усреднённое значение Затем расчёт корректируется мини- ДУС в дальнейшем учитывается как сме- мум каждые 1000 мс от ГНСС. Коррек- Почему инерциальная щение нулей ДУС, а усреднённые значе- тировка по курсу производится отдель- навигационная система ной командой, после чего запускается ошибается 40 основной навигационный алгоритм. Основную массу ошибок составля- Выставка из покоя ют ошибки ориентации. В сводной с использованием курса от ГНСС таблице приведён анализ влияния оши- бок на расчёт скорости и положения Специально для беспилотных авто- (см. табл.). мобилей введена выставка без началь- ного поиска курса. Переход к основ- Ошибка в масштабном коэффици- ному навигационному решению енте особенно заметна при постоян- осуществляется после выставки из ном вращении в одном направлении. покоя сразу же, при условии получе- Как правило, движение автомобилей ния от ГНСС флага фиксированно- носит случайный характер, и сумма го решения и данных о курсе между мастер-антенной и ровер-антенной. Такая выставка возможна при исполь- зовании модуля ГКВ-12 или внешнего ГНСС-приёмника с двумя антеннами. Коррекция по поведенческой модели автомобиля Существует возможность длительного удержания автономного навигационно- го решения при наложении ограниче- WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Интегрирование ошибки датчиков угловой скорости (гироскопы) и ГКВ-6, которые могут использовать- ся в составе автопилота или для про- – Нестабильность смещения нуля Ошибка в 0,1° ведёт к ошибке в скорости 17 мм/с ведения геодезических изысканий, – Ошибка масштабного коэффициента За 10 с ошибка скорости составляет 170 мм/с таких как фотограмметрия или созда- – Нелинейность передаточной функции За 60 с ошибка скорости составляет 1 м/с ние облака точек с привязкой к коор- – Неортогональность осей динатам. – Температурный уход нуля и масштабного коэффициента Наведение и стабилизация спутниковых антенн Ошибка измерения линейного ускорения (акселерометры) Лабораторией Микроприборов был – Ошибка от включения к включению Ошибка в 1 mg ведёт к ошибке в положении: разработан алгоритм наведения и – Нестабильность смещения нуля За 1 с – 5 мм стабилизации спутниковых антенн – Ошибка масштабного коэффициента За 10 с – 25 см при движении по суше, в воздухе и на – Нелинейность передаточной функции За 60 с – 18 м море. В качестве корректора исполь- – Неортогональность осей зуется ГНСС-приёмник, но также воз- – Температурный уход нуля и масштабного можна коррекция по уровню сигнала коэффициента от космического спутника. всех поворотов стремится к нулю, поэ- дополнительные источники коррекции К настоящему моменту ООО «ЛМП» тому ошибка масштабного коэффи- на других принципах работы. Для бес- одновременно реализует 10 проектов циента вносит в таких случаях малый пилотного автомобиля корректорами по беспилотной навигации с исполь- вклад. могут выступать: зованием описанных подходов, а ● датчик скорости; общее число находящихся в актив- При ошибке ориентации угловая ● лидар; ной разработке клиентских проек- скорость по одной из осей вращения ● радар; тов с использованием инерциальных вносит свою проекцию на остальные ● одометр; МЭМС датчиков – свыше 30 на нача- оси, например, при ошибке в 1 мрад ● датчик давления; ло 2021 года, всего же более 100 оте- (0,057 °/с) проекция угловой скорости ● другие источники. чественных и зарубежных компаний вдоль оси Z, равная 120°/с, на осях X внедрили или намерены внедрить про- (крен) и Y (тангаж) составит 0,12 °/с, за Другие варианты применения дукцию и технические решения рос- 3 с вращения (поворот на 360°), ошиб- сийского производителя. ка ориентации увеличится по крену и Беспилотные летательные тангажу на 0,36°. аппараты (БПЛА) Для списывания накопленных оши- Для БПЛА были разработаны малога- бок ИНС необходимо подключать баритные инерциальные модули ГКВ-5 Реклама СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 WWW.SOEL.RU 41

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Модулируемый СВЧ-генератор Алексей Ложников, Сергей Доберштейн ге для схемы генератора разработаны В статье рассмотрены вопросы реализации малогабаритных STW-резонаторы с высокой добротно- СВЧ-генераторов на ПАВ-резонаторах с возможностью импульсной стью и уменьшенными размерами на модуляции выходного сигнала. YX/36°+90° срезе кварца. Резонаторы выполняются по одновходовой схеме, когда встречно-штыревой преобразо- В настоящее время для различной кую скорость распространения акусти- ватель (ВШП) располагается между дву- аппаратуры связи необходимы мало- ческой волны (V0=5000 м/с), низкий мя ОР с закороченными электродами габаритные СВЧ-генераторы с малым температурный коэффициент частоты (см. рис. 1). уровнем фазовых шумов, относитель- (0,05·10–6 1/°С2), выдерживают большую Ключ разрешения выхода для обеспе- но высокой температурной нестабиль- мощность подводимого сигнала (до чения быстрого включения/выключе- ностью в широком интервале рабочих нескольких Вт). Ширина электродов и ния выполнен на PIN-диодах. Различные температур (ИРТ) и малым временем зазоров встречно-штыревого преобра- схемы включения PIN-диодов позволя- включения и выключения при пода- зователя (ВШП) составляет 2,5…1,5 мкм ют добиться оптимальных для задан- че управляющего напряжения. За счёт для рабочих частот 500…1000 МГц, что ных требований запираний сигнала и малого времени включения/выклю- облегчает фотолитографию при изго- вносимых потерь. Существуют четыре чения возможна модуляция и, соот- товлении резонаторов. Всё это позволя- основных вида схем: последовательная, ветственно, формирование сигнала в ет успешно использовать STW для соз- шунтирующая, последовательно-шун- радиопередающих устройствах связи дания высокочастотных резонаторов тирующая и Т-образная, использую- СВЧ-диапазона. [1–3]. Однако для обеспечения высо- щие по одному, по два (последователь- Решению указанных выше проблем кой добротности Q требуется боль- но-шунтирующая) и три PIN-диода посвящена разработка аналога генера- шое число электродов (400) в отража- (Т-образная). торов моделей AXGS10, AXGS20 произ- тельных решётках (ОР). Это приводит к Схема выбирается, исходя из требу- водства компании Axtal GmbH & Co (Гер- увеличению размеров резонаторов, осо- емой задачи по ослаблению сигнала в мания) на частоты от 500 МГц до 2 ГГц. бенно на частотах менее 1 ГГц. В ито- выключенном состоянии и исходя из Для перекрытия всего диапазо- на частот необходимо изготовить Таблица 1. Расчётные данные по типам схем включения PIN-диодов ПАВ-резонатор на частоты от 500 Тип схемы Ослабление в выключенном Вносимые потери, дБ Количество до 1000 МГц. Варианты генератора с состоянии, дБ PIN-диодов выходной частотой 1,0…2,0 ГГц реали- Последовательная 12,3 0,5 зуются за счёт схемы удвоения частоты. Шунтирующая 0,02 1 Последовательно-шунтирующая 14,3 0,27 Такое техническое решение позво- Т-образная 0,53 1 ляет использовать более низкочастот- 25,7 2 48,6 3 ные ПАВ-резонаторы, являющиеся более технологичными и надёжными, для повышения стабильности параме- тров генератора. Для получения низкого уровня фазо- вых шумов требуется высокая доброт- ность (Q ≥ 8000), что реализуется в резо- наторах на поверхностных поперечных волнах (Surface Transverse Waves – STW). STW-резонаторы на кварце имеют высо- Рис. 1. Топология одновходового ПАВ- Рис. 2. Результат измерения уровня спектральной плотности мощности фазовых шумов генератора резонатора и его эквивалентная схема с выходной частотой 2000 МГц 42 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Таблица 2. Сравнение технических характеристик генераторов-аналогов с разработанным генератором Параметр AXGS10(20) ГК399-С Рис. 3. Генераторы ГК399-С-Б и ГК399-С-В 950…1532 500…2000 Диапазон частот, МГц Время включения/выключения выхо- ±350 ±285 да генератора при внешнем управле- Относительная температурная нестабильность –40…+85 –60…+85 нии менее 50 нс позволяет использо- частоты, ppm вать данные генераторы в качестве в диапазоне температур, °С 0…1,5 0…0,4 формирователя сигналов амплитуд- 3,5…5,5 2,4…5,0 ной манипуляции с технической ско- Управляющее напряжение, В ростью до 2 МБод (при времени уста- лог «0» 40 50 новления сигнала 1/10 посылки). лог «1» 30 50 Время включения, нс, не более Синус Синус Литература Время выключения, нс, не более 4,75…5,25 5,0; 12,0 –40…+85 –60…+85 1. Friedt J.-M. Design of Asynchronous STW Форма сигнала при нагрузке 50 Ом Resonators for Filters and High Stability – –115 Source Applications. Proc. IEEE Ultrason. Напряжение питания, В Symp. 2005. P. 1315–1318. 20,7×13,1×5,2 20,7×13,1×5,2 Диапазон рабочих температур, °С 5 4 2. Wang W. Optimization of STW Resonator by Using. FEM/BEM. Proc. IEEE Ultrason. Symp. Уровень СПМ фазовых шумов при отстройке 5 кГц, Негерметичный Герметичный 2006. P. 1863–1865. дБн/Гц 3. Kim C. U. High Q-factor STW-Resonators on Габаритные размеры (Д×Ш×В), мм AT-Cut of Quartz. Proc. IEEE Ultrason. Symp. Вес, г, не более 2007. P. 2582–2585. Герметичность 4. Reference Data For Radio Engineers. H. W. Sams & Co. A Subsidiary of ITT. NY. 1979. параметров PIN-диода. Формулы для скоростной ключ разрешения выхода. Ch. 36. расчёта приведены в [4, 5]. Результаты Блоки размещены в одной микросбор- расчётов для выбранного PIN-диода ке, изготовленной из низкотемпера- 5. W. E. Doherty, Jr., The Use of Transmit. приведены в таблице 1. турной совместно обжигаемой керами- Receive Antenna Switches For Wireless. ки (Low Temperature Co-fired Ceramics Communications Systems. MICRO Результаты расчёта показали, что Technology, LTCC-технология). Подлож- наиболее оптимальным вариантом ка микросборки является дном корпуса 6. CURRENTS. Microsemi Corporation. 1997– для выполнения требований по осла- генератора, на неё методом пайки уста- 1998. Р. 5–6. блению сигнала в выключенном навливается металлическая крышка, состоянии является использование обеспечивая герметичность генератора. 7. Microsemi-Watertown. The PIN-diode Т-образной схемы. Circuit Designers Handbook. 1998. Применение ПАВ-резонатора с высо- Для управления включением/выклю- кой добротностью после умножения 8. Driving Circuits and Interfaces for PIN Diodes чением используется драйвер на базе на 2 схемой автогенератора позволи- and Ferrite Phase Shifters C. J. Georgopoulos, n-p-n транзистора. Схема основана на ло получить следующие фазовые шумы Interface Control Technologies Inc. 1990. Ch. рекомендациях из [6, 7]. Для увеличе- (см. рис. 2). 3–4. ния скорости включения/выключения однополярное питание +5 В преобра- Генераторы конструктивно исполне- зовано в двухполярное –1,7 и +3,3 В. ны в двух вариантах: в выводном корпу- Смена полярности напряжения на PIN- се DIL-14 (четыре вывода, 20,8×13,1×7,3 диоде увеличивает скорость включе- мм (Д×Ш×В)) для монтажа в отверстия ния/выключения в 20…50 раз, что про- печатной платы и безвыводном (4 кон- верено при макетировании схем. тактных площадки, 20,7×13,1×5,2 мм) для монтажа на поверхность печатной пла- В итоге получено изделие, содержа- ты (см. рис. 3). щее следующие функциональные бло- ки: ПАВ-резонатор, автогенератор на Сравнение технических характери- одном или двух транзисторах, усили- стик генераторов-аналогов с разработан- тель на одном транзисторе, высоко- ным генератором приведено в таблице 2. реклама СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 WWW.SOEL.RU 43

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Новый сервопривод Futaba BLA21-06U-A01 для промышленных БПЛА Алексей Кузнецов (АО «Компонента») Тем самым было достигнуто сокращение количества отказов, вызываемых трением. Futaba Corporation известна как ведущий производитель инструментов В качестве двунаправленной связи была и форм для литья под давлением, а также VFD-, LCM-, PMOLED-дисплеев применена CAN-шина, что существенно и сенсорных панелей. Также компания производит радиоконтроллеры расширило операторские возможности и сервоприводы для любительских радиоуправляемых моделей пользователя. Благодаря поддержке про- и промышленных БПЛА. токола UAVCAN доступен не только сбор данных технического состояния, но и поя- При видимой конструкционной про- янно растёт и является импульсом для вилась возможность оперативного реаги- стоте сервопривод является сложным эволюционирования сервоприводов. рования на полученные данные. Краткое сборным изделием. Двигатель, его блок сравнение характеристик новой модели управления и контроллер регулируе- Сейчас подобные двигатели исполь- с существующей приведено в таблице. мых параметров – взаимосвязанные зуются в различных технических элементы механизма. областях. Широкое распространение Особенности нового они получили, конечно же, в произ- сервопривода Промышленность, станковое обору- водственных линиях: это програм- дование и многие другие сферы приме- мируемые автоматы, роботы, станки. Высокая прочность нения подобных устройств, требуют всё В последнее время популярным направ- В BLA21-06U-A01 установлен компакт- более высокой точности в работе раз- лением стала и беспилотная техника, личных систем. Спрос современного где критерии энергоэффективности и ный и надёжный блок редуктора новой рынка на прецизионные агрегаты посто- надёжности особенно актуальны. конструкции. Внутри дюралюминие- вого корпуса смонтирован редуктор Именно для рынка беспилотных тех- с 6 шестернями высокой прочности. нических средств Futaba и выпустила Это положительно сказалось на устойчи- новый сервопривод – BLA21-06U-A01 вости к ударам и трению. В подшипниках (см. рис. 1). Целью разработки стало созда- каждой шестерни применены шарики из ние изделия с увеличенным по сравнению высококачественных материалов, что с обычными сервоприводами промыш- обеспечивает плавное вращение даже ленного применения рабочим ресурсом. после долгих часов работы (см. рис. 2). Для повышения долговечности была пол- Внутризаводские тесты на долговечность ностью переработана механическая часть показали, что сервопривод без проблем и применён бесколлекторный двигатель. проработал с номинальным крутящим Сравнительная таблица технических параметров существующего и нового изделий Рис.1. Внешний вид BLA21-06U-A01 Наработка до отказа Существующий Новый Пыле- и влагозащита BLA1HH21 BLA21-06U-A01 Протокол связи 300 ч Более 1 500 ч Датчик углового положения IP64 Тип двигателя PWM IP67 Варианты крепления Контактный UAVCAN Бесконтактный Бесколлекторный Бесколлекторный Один Два Модель в производстве 300 ч BLA1HH21 Новая модель 1500 ч BLA21-06U-A01 Непрерывное Рис. 3. Сравнительная диаграмма наработки до отказа тестирование MTTF Рис. 2. Изометрический разрез BLA21-06U-A01 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 44