РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕМПЕРАТУРНОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ ДЛЯ КРУГЛОГО ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЗОНАТОРА
В ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ ЭКРАНЕ

В.А.Бажилов, А.А.Титаренко

Нижегородский государственный технический университет

Р

Рис. 1

езонансные колебательные СВЧ-системы на диэлектрических резонаторах (ДР) образуют элементную базу для создания СВЧ-устройств различного назначения. От параметров применяемых ДР в существенной степени зависят характеристики колебательной системы и всего СВЧ-устройства в целом. Основными параметрами ДР являются: диапазон рабочих частот, фильтрация от паразитных типов колебаний, диапазон перестройки частоты, добротность, а также стабильность резонансной частоты при воздействии различных дестабилизирующих факторов, в частности, температуры. Поскольку в настоящее время разработан достаточно широкий круг диэлектрических материалов с различными температурными свойствами (температурный коэффициент диэлектрической проницаемости материала и температурный коэффициент линейного расширения), то важно уметь оптимизировать параметры колебательной системы, содержащей ДР, таким образом, чтобы резонансные частоты оставались постоянными с изменением температуры во всем рабочем диапазоне частот. Настоящая работа посвящена расчету коэффициента температурной нестабильности для электродинамической системы, состоящей из диэлектрического резонатора, помещенного на подложку в идеально проводящий металлический экран (рис.1). Без ограничения общности будем рассматривать низший тип колебаний H_01. Используя методику расчета резонансных частот на основе метода частичных областей [1], нетрудно получить зависимость резонансной частоты от всех параметров рассматриваемой колебательной системы:

(1)

В первом порядке линейного приближения можно предположить, что геометрические размеры системы и диэлектрические проницаемости резонатора и подложки зависят от температуры по линейному закону [2]:

(2)

здесь ₁, ₂, ₃ – это, соответственно, температурные коэффициенты линейного расширения материала резонатора, экрана и подложки, а _ и _п – температурные коэффициенты диэлектрической проницаемости материала резонатора и подложки. Величины a₀, l₀, ₀, t₀, _п0, b₀, d₀ – параметры колебательной системы при температуре T₀, а T – это отклонение температуры от T₀. Сопоставляя зависимости (1) и (2), нетрудно получить зависимость резонансной частоты от температуры и рассчитать температурный коэффициент её нестабильности:

, (3)

где F_рез – сдвиг резонансной частоты при изменении температуры ДР на величину T, а F_рез – значение резонансной частоты ДР.

С использованием данной модели была разработана компьютерная программа для расчета коэффициента температурной нестабильности электродинамических систем, содержащих диэлектрические резонаторы. Полученные расчетные данные хорошо согласуются с экспериментальными данными, а также с результатами, опубликованными в литературе. На рис.2 приводится температурная зависимость резонансной частоты для низшего колебания системы, изображенной на рис.1 при следующих значениях параметров: a = 5 мм, l = 4 мм,  = 45 (керамика ТЛ-47 c _ = – 4710^-6 C^-1, ₁ = 1210^-6 C^-1), b=20 мм (латунь c ₂ = 17,510^-6 C^-1), d = 10 мм, t = 1 мм, _п = 9,6 (поликор c _п = 76,510^-6 C^-1, ₃ = 810^-6 C^-1). Величина коэффициента температурной нестабильности частоты, рассчитанная по формуле (3), составляет 1210^-5 C^-1.

Рис. 2

Данный алгоритм расчета может быть с успехом использован при проектировании сложных термокомпенсированных электродинамических систем с использованием составных ДР.

1. 
   Бажилов В.А., Титаренко А.А. //В настоящем сборнике, с.125.
   
2. 
   S.W.Chen, K.A.Zaki and R.G.West //IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1990. V. MTT-38, № 8. P.1046-1051.
   

ФИЛЬТРАЦИЯ экг-СИГНАЛА ПО ДВУМ ОТВЕДЕНИЯМ

Д.Н.Ивлев, С.Ю.Лупов, В.А.Односевцев, И.Я.Орлов

Нижегородский госуниверситет

Рис.1

Электрокардиографическое исследование на сегодняшний день является одним из наиболее важных и распространённых методов медицинской диагностики. В системах холтеровского мониторирования (долговременная регистрация электрокардиограммы (ЭКГ) с помощью карманного электрокардиографа), а также при снятии ЭКГ во время физической нагрузки большую проблему представляют искажающие истинный ЭКГ-сигнал помехи, порождаемые электрической активностью скелетных мышц и недостаточно хорошим контактом электродов с кожей. В современных электрокардиографах и системах автоматической обработки ЭКГ эта проблема частично решается с помощью стационарных фильтров нижних и верхних частот. При этом в полосе непропускания фильтров в равной мере ослабляются как помеха, так и полезный сигнал, что делает невозможным анализ высокочастотных составляющих ЭКГ-сигнала и не избавляет от помех, попадающих в полосу пропускания фильтров.

Данная работа посвящена анализу возможности применения адаптивной фильтрации для выделения истинного ЭКГ-сигнала на фоне вышеуказанных помех. В ней предлагается использовать адаптивную фильтрацию в сочетании со специальным образом подобранной системой двух параллельных отведений.

На рис.1 представлена модель электрокардиографического отведения, в которой u⁰(t) – ЭДС эквивалентного генератора сердца, n(t) – ЭДС эквивалентного генератора помех, R₁(t) и R₂(t) – сопротивления контактов электродов с кожей, r – внутреннее сопротивление тела (для данной задачи его можно считать постоянным), R_вх – входное сопротивление электрокардиографа, u(t) – напряжение сигнала на входе электрокардиографа:

.

Из этого выражения видно, что помеха имеет аддитивно-мультипликативный характер, но поскольку m(t)>0, то фильтрация сигнала с помощью адаптивного фильтра возможна. Как показал анализ модели системы трёх стандартных электрокардиографических отведений, использование ЭКГ-сигналов только этой системы неприемлемо для адаптивной фильтрации из-за сильной корреляции как чистых сигналов, так и помех в любой паре отведений. Поэтому предлагается использовать специально выбранную пару параллельных отведений, одно из которых совпадает с I-м стандартным отведением холтеровской системы (левое предплечье – левый бок снизу), а другое является параллельным ему (правое предплечье – правый бок снизу). Экспериментальные измерения показали почти полную идентичность чистых (без помех) ЭКГ-сигналов в таких отведениях и полную некоррелированность помех. Данное обстоятельство позволяет применить для фильтрации ЭКГ-сигнала структуру с адаптивными фильтрами, управляемыми алгоритмом Гриффитса, изображённую на рис.2 (см. [1,2]).

Рис.2

На этом рисунке u и u^’ – сигналы параллельных отведений, r_k – оценка автокорреляционной функции чистого ЭКГ-сигнала, u⁰ – чистый ЭКГ-сигнал на выходе системы.

Таким образом, показана возможность выделения с помощью адаптивной обработки ЭКГ-сигнала на фоне помех в I-м стандартном отведении. Кроме того, можно показать, что путём аналогичной обработки совокупностей отфильтрованного сигнала I-го отведения с нефильтрованными сигналами II-го и III-го стандартных отведений можно получить (при условии достаточно качественной адаптивной фильтрации) выделенные сигналы, очень схожие с сигналами системы отведений a_VR, a_VL, a_VF.

1. 
   Карташевский В.Г. Обработка пространственно-временных сигналов в каналах с памятью. –М.: Радио и связь, 2000, 272с.
   
2. 
   Уидроу Б., Стирнз.С. Адаптивная обработка сигналов. –М.: Радио и связь, 1989, 440с.
   

<предыдущая страница | следующая страница>