Двумя основными недостатками микрополосковых патч-антенн являются малая ширина полосы пропускания и гармоническая интерференция, что ограничивает их применение диапазоном 2,4 ГГц. Стандартные микрополосковые патч-антенны, как правило, обеспечивают относительную ширину полосы пропускания в диапазоне от 2 % до 5 %. Высокий уровень высших гармоник в излучении микрополосковых патч-антенн создаёт помехи для сторонних беспроводных устройств. Предлагаемая конструкция пятиугольной патч-антенны позволяет преодолеть оба этих ограничения за счёт использования инновационной геометрической формы вместо сложной многослойной структуры. При расположении основания пятиугольника противоположно месту подвода мощности обеспечивается более равномерное распределение поверхностных токов, чем при традиционной прямоугольной геометрии антенны, благодаря чему увеличивается ширина резонансной кривой. Целенаправленно сформированные дефекты заземляющей плоскости создают провалы в передаточной характеристике на частотах высших гармоник и вводят дополнительные резонансные частоты в пределах рабочей полосы частот. Компьютерное моделирование в среде ANSYS HFSS 13 подтвердило достижение рабочей ширины полосы пропускания в диапазоне от 1,32 ГГц до 3,17 ГГц на частоте 1,85 ГГц, т. е. относительную ширину полосы пропускания 82,22 %. Интегрированная дефектная структура заземления позволила сформировать широкую полосу подавления в диапазоне от 4,0 до 12,0 ГГц. Введённая модификация нарушает протекание тока в плоскости заземления, что приводит к эффективному подавлению гармоник более высоких порядков. Комбинация упомянутых решений, реализуемая на недорогой однослойной подложке, является оптимальным решением для спектрально чистых широкополосных беспроводных систем, устраняющим необходимость во внешних развязывающих компонентах.

Обеспечение стабилизации съёмочной аппаратуры на борту беспилотных летательных аппаратов является критическим фактором качества аэрофотосъёмки и спектрометрических измерений, при этом объективная сравнительная оценка эффективности различных демпферных подвесов в реальных условиях полёта остаётся методически сложной задачей. Целью работы являлась экспериментальная оценка эффективности демпферных подвесов для полезной нагрузки беспилотных летательных аппаратов с использованием комплексного анализа данных инерциального измерительного модуля и компьютерного зрения. Исследования выполнены на комплексе с беспилотным летательным аппаратом Matrice 300 RTK и регистратором данных на Raspberry Pi. Демпферные подвесы, работающие на сжатие и растяжение, сравнивались с жёстким креплением. Описываются использованные методы анализа видеопотока для определения амплитудно-частотных характеристик углов ориентации съёмочной системы. Указываются методы обработки данных инерциального измерительного модуля для получения информации о динамике углов ориентации. Раскрывается методика комплексной обработки данных камеры и инерциального блока, позволяющая объединить низкочастотную точность оптического потока и широкополосность измерений инерциальных датчиков. Проводились исследования эффективности работы типов демпферных подвесов на скоростях полёта дрона от 1 до 7 м/с. Установлено, что лучшей эффективностью обладает подвес с силиконовыми демпферами, работающими на сжатие, который позволяет уменьшать энергию вибрационных процессов на величину до 77 % в диапазоне от 0 до 85 Гц.

Многоспутниковые орбитальные группировки обеспечивают переход от единичных дорогостоящих аппаратов к унифицированным платформам, совокупные характеристики которых: глобальное покрытие, высокие надёжность и разрешающая способность, возможность параллельного выполнения целевых задач, гибкость и масштабируемость – существенно превышают возможности одиночного спутника. Однако отсутствие решений для отработки технологий управляемого развёртывания многоаппаратных систем обусловливает необходимость создания экспериментальной базы с поэтапным переходом от наземных испытаний к атмосферным и к полноценным орбитальным миссиям. В работе представлена архитектура и экспериментальные лётные модели аппаратов формата пикоспутник с системой развёртывания, предназначенной для создания кратковременной группировки зондов в условиях атмосферы. Разработанные аппараты представляют собой платформу для атмосферных экспериментов, ориентированную на отработку орбитальных миссий группового полёта. В качестве транспортно-пускового контейнера выступает модульный аппарат-деплойер, оснащённый гибридным пружинно-моторным механизмом отстыковки, обеспечивающим выпуск двух пикоспутников. Разработана портативная наземная станция приёма с поддержкой модуляций LoRa и FSK. Рассмотрены и описаны конструктивные решения и принципиальная схемотехника, а также приведены результаты лётных испытаний, подтверждающие применимость разработанного комплекса для задач атмосферного мониторинга и проектирования орбитальных миссий.

Авиационная и космическая видеоспектральная съёмка является ключевым инструментом дистанционного зондирования поверхности и атмосферы Земли, однако её точность критически зависит от строгой предполётной калибровки и верификации аппаратуры. Целью данной работы являлась разработка и демонстрация лабораторного имитатора, способного воспроизводить эталонные спектральные сцены для калибровки и методической отработки видеоспектральных систем дистанционного зондирования. В работе представлен лабораторный имитатор авиакосмических видеоспектральных измерений поверхности и атмосферы Земли «Спектросинтезатор», предназначенный для апробации и калибровки аппаратуры дистанционного зондирования. Комплекс включает систему формирования спектральной плотности энергетической яркости на основе фотометрической сферы с набором управляемых светодиодных и галогенных источников, систему формирования изображения с подвижными мирами и систему регистрации. Показано, что имитатор позволяет воспроизводить заданный эталонный спектр яркости сцены, заданный по расчётам в модели переноса излучения libRadTran или по данным спектральной библиотеки, при этом неоднородность яркости по выходному зрачку и временная стабильность источника удовлетворяют требованиям к наземной калибровке видеоспектральной аппаратуры. На примере прибора БЕКАС продемонстрирована возможность подбора режимов работы в лабораторных условиях и последующего переноса этих настроек в реальные лётные эксперименты, что подтверждает перспективность предложенного имитатора для предварительной настройки и методической отработки видеоспектральных систем дистанционного зондирования.

Включение полуконтактного режима атомно-силовой микроскопии не гарантирует реализации именно прерывисто-контактного взаимодействия: в зависимости от сочетания параметров система зонд–образец может вместо этого проявлять бесконтактное (притягивающее) либо смешанное поведение. Последнее является нежелательным из-за нестабильности сканирования, известной как биустойчивость колебаний зонда. Целью данной работы являлось выявление влияния каждого из комплекса параметров зонда (изгибная жёсткость и добротность), образца (модуль Юнга, постоянная Гамакера) и сканирования (амплитуда колебаний пьезогенератора) на реализацию биустойчивого режима взаимодействия, а также нахождение условий достижения стабильного полуконтактного взаимодействия зонда и образца. Решалось уравнение колебаний острия зонда с учётом упруго-адгезионного контакта зонда и образца по модели Джонсона–Кенделла–Робертса. Получены зависимости характеристик динамического взаимодействия зонда и образца от расстояния между зондом и образцом. Зависимости проанализированы на предмет переключения между отталкивающим и притягивающим режимами взаимодействия. Результаты наглядно демонстрируют, какой из режимов динамического взаимодействия реализуется при том или ином сочетании параметров, и применимы на практике для выбора зондов. Получены закономерности: упругий (собственно полуконтактный) режим взаимодействия реализуется при повышении амплитуды колебаний пьезоэлемента, более высоких значениях жёсткости и добротности зонда, модуля Юнга материала образца и/или при более низких значениях постоянной Гамакера образца. Более высокие значения постоянной Гамакера и/или меньшие значения остальных параметров приводят к смешанному режиму взаимодействия. При еще более высокой постоянной Гамакера и дальнейшем снижении величин других параметров возможна реализация адгезионного режима (бесконтактная атомно-силовой микроскопия).

Традиционные разрушающие методы контроля механических свойств материалов требуют изготовления образцов, что исключает их применение для оценки готовых изделий. Актуальной задачей является развитие неразрушающих методов контроля, обеспечивающих достоверную оценку широкого спектра характеристик материалов. Целью работы было представление функциональных возможностей разработанного измерительного комплекса УИМ-1 для комплексного исследования механических свойств материалов методом инструментального индентирования. Метод основан на непрерывной регистрации диаграммы «контактное усилие – глубина внедрения». Комплекс оснащён приводом с нагрузкой до 2000 Н, тензометрическим датчиком силы (погрешность ≤ ± 1 %), фотоэлектрическим датчиком перемещения (разрешение 0,1 мкм). Реализованы методики согласно ISO 14577-1, СТБ 2495-2017, ГОСТ 22761-77, ГОСТ 22762-77. Анализ диаграммы индентирования позволяет определять твёрдость по Бринеллю и Роквеллу без оптического измерения отпечатка, модуль упругости (70–200 ГПа), предел прочности (380–1700 МПа), ползучесть, релаксацию, пластичность и коэффициент анизотропии. Комплекс УИМ-1 является универсальным инструментом неразрушающего контроля, обеспечивающим в рамках одного испытания получение комплекса механических характеристик материалов.

Широкое использование пенополиолефинов в стратегически важных отраслях промышленности обусловлено их высокими тепло-, звуко и виброизоляционными свойствами, при этом в процессе применения эти материалы подвергаются различным механическим воздействиям, приводящим к их деформации и изменению свойств. Целью работы являлось исследование упругих свойств листов из закрытоячеистых пенополиолефинов разной кратности вспенивания при статическом растяжении с использованием акустического теневого амплитудного метода. В работе представлена методика экспериментальных исследований коэффициента прохождения акустической волны под воздействием статической растягивающей нагрузки, основанная на использовании амплитудного теневого метода, в процессе реализации которого производится одновременная регистрация амплитуды прошедшего сквозь лист пенополиолефина и значения статического растягивающего напряжения. Исследования коэффициента прохождения акустической волны проведены на листах из закрытоячеистых пенополиолефинов марки ISOLON 500 разной кратности вспенивания и толщины. Показано, что в процессе растяжения листов пенополиолефина наблюдаются две области: область упругости, в которой изменение относительного удлинения образца и изменение коэффициента прохождения акустической волны происходит линейно, и область текучести, в которой наблюдается нелинейная зависимость. Полученные результаты использованы для определения разрушающего растягивающего напряжения, модуля упругости и структурно-чувствительного параметра акустической тензометрии – коэффициента упруго-акустической связи по прохождению, при этом наблюдалась существенная зависимость от направления приложения растягивающей нагрузки (вдоль и поперёк листа). Для подтверждения этих областей деформации листов пенополиолефина исследована восстанавливаемость образцов при нагрузках 30 % и 70 % от разрушающего растягивающего напряжения. Полученные результаты подтвердили, что при 30 % от разрушающего растягивающего напряжения наблюдается область упругости, при 70 % от разрушающего растягивающего напряжения – область текучести, а также позволили оценить степень восстановления упругих свойств образцов после снятия растягивающей нагрузки.

 На практике зачастую встаёт задача измерения межмодовой дисперсии в коротких отрезках (от единиц до десятков метров) многомодовых волоконных световодов. Используемые способы на основе интерферометров Маха–Цендера обладают типичными недостатками, присущими интерферометрическим методам измерений. Цель работы – разработка и экспериментальная реализация рециркуляционного метода определения межмодовой дисперсии в коротких отрезках многомодовых волоконных световодов и оценка погрешности измерений. Проведены исследования рециркуляционного способа измерения межмодовой дисперсии в многомодовых волоконных световодах. Данный метод заключается в измерении разности частот рециркуляции, которые формируются «быстрыми» модами, распространяющимися вдоль оптической оси волоконного световода, и наиболее «медленными», распространяющимися под максимальным углом к оси. Разработан экспериментальный стенд оптоэлектронной рециркуляционной системы, обеспечивающий циркуляцию одиночного оптического импульса с периодическим восстановлением по амплитуде, форме и длительности. Получены зависимости относительной долговременной нестабильности частоты рециркуляции при изменении величины постоянной составляющей тока накачки полупроводникового инжекционного лазера и порога срабатывания компаратора. Установлено, что частота рециркуляции стабилизируется не ранее, чем через 20 мин после запуска рециркуляции в условиях эксперимента, при этом достигается максимальное значение относительной долговременной нестабильности не более 3,5·10–6 при длине многомодового волоконного световода 50 м. При анализе учитывалось изменение задержки срабатывания лавинного фотодиода, связанное с увеличением коэффициента лавинного умножения. Показана эффективность предлагаемого метода при определении межмодовой дисперсии коротких отрезков многомодовых волоконных световодов, для тестового градиентного волокна Corning Inficor 600 50/125 погрешность составила 7 %. Используя полученные данные и решая обратную задачу по восстановлению профиля показателя преломления, получено, что для данного типа многомодового волоконного световода параметр профиля показателя преломления равняется α = 1,96.

В настоящее время становится всё более популярным применение в оптических системах различного назначения поверхностей freeform (свободной формы) – от мобильных дисплеев до космической оптики. Это конструкторское решение позволяет приблизиться к мечте: создать систему с минимальным числом компонентов, малым весом и высоким качеством изображения. Однако с усложнением поверхностей возникают проблемы с их контролем. Целью исследования являлась разработка алгоритма измерения таких поверхностей с использованием координатно‑измерительных машин и формулирование технических требований к процессу измерений. Приведён анализ преимуществ оптических поверхностей freeform. Отмечается, что из‑за отсутствия симметрии и переменной высоты профиля классические методы измерений для таких деталей неприменимы. Алгоритм контроля на координатно‑измерительной машине предполагает два основных подхода: высокопроизводительное «быстрое сканирование» для оценки общих отклонений от номинала и более точное, но трудоёмкое сканирование по сечениям, позволяющее получить детальные количественные данные о профиле поверхности. Основное внимание в работе уделено алгоритму проведения измерений и требованиям к процессу: предварительной температурной адаптации оборудования, обязательной калибровке щупов по керамическому эталонному шару и программному ограничению перемещений инструмента для защиты полированных поверхностей. Предложенный алгоритм, основанный на использовании CAD‑моделей, позволяет достичь требуемой точности контроля сложных поверхностей на стандартном заводском оборудовании, несмотря на значительные временные затраты по сравнению с измерением асферических поверхностей.