Итоговый отчет московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана (наименование вуза) по результатам реализации

Вид материала

Отчет

Содержание 7. Модернированный электронный сканирующий туннельный микроскоп. 8. Стенд для исследования параметров СВЧ устройств на базе наноэлектронных приборов. 9. Комплект оборудования для модернизации комплекса испытательных стендов нано- и микрокомпонентов МЭМС и МСТ-приборов. 10. Универсальный стенд для динамических испытаний. Проект iii Учебно-научный лабораторный комплекс основ радиоэлектроники Учебно-научный лабораторный комплекс СВЧ-микроэлектроники Учебно-экспериментальный комплекс СВЧ-техники и технологий Учебно-научный лабораторный комплекс радиооптических технологий Учебно-научный экспериментальный комплексрадиотехнических систем

Подобный материал:

• Отчет государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования, 2810.92kb.
• Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана, 476.84kb.
• Министерство образования Российской Федерации Московский государственный технический, 1455.22kb.
• Москва, 9-11 сентября 2009 г. Московский государственный технический университет им., 94.15kb.
• Осрб 1-36 04 02-2008, 702.53kb.
• Исследование процессов тепло- и массопереноса на поверхности спеченных электродов, 188.74kb.
• Итоговый отчет государственного образовательного учреждения высшего профессионального, 3956.19kb.
• Обучение межкультурной коммуникации в условиях глобализации, 60.67kb.
• Структура элементов маркетингового обеспечения и их факторное построение, 404.86kb.
• Экспресс-диагностики параметров ионного пучка, 18.27kb.

7. Модернированный электронный сканирующий туннельный микроскоп.

Назначение. Модернированный электронный сканирующий туннельный микроскоп СТМ 2000Т оборудован системой контроля толщины наноплёночных покрытий ПРОФИ-130, которая позволяет измерять 22 параметра шероховатости и 4 параметра волнистости наружных и внутренних (пазы, отверстия) поверхностей, сечение которых в плоскости измерения представляет как прямую, так и изогнутую по радиусу линию (шарики, валы и т.д.), с измерением этого радиуса. Размер измеряемых высот неровностей от 0 до 350 мкм, точность измерения 0.1..0.5мкм на длине 0.5..12.5мм.

Модернизация прибора заключалась в ведением в структуру прибора следующих модулей:

-СТМ-столик для микроскопа с набором зондов (10шт.);

-АСМ-столик для микроскопа с лазерным датчиком и зондами (10шт.);

интерфейсную плату PCI-РСМСIA;

-специализированный управляющий компьютер со встроенным двухпроцессорным блоком электроники;

-пакет программ для управления сканером и столиками;

-эталонный образец (мера) МПД-1.0-КС;

-система контроля толщины наноплёночных покрытий для микроскопа с 50 мкм зондом, Ra-мерой, специализированным управляющим компьютером c встроенным блоком электроники и программой управления "Профи-130" (Протон-МИЭТ, Россия);

-оптический бинокулярный микроскоп МБС-10.

Достигнутые результаты после модернизации:

-максимальное поле сканирования 15 мкм х 15 мкм с размахом высот до 2 мкм;

-латеральное разрешение в режиме СТМ до 3 А. и вертикальное разрешение до 1 А.;

-латеральное разрешение в режиме АСМ до 10 А. и вертикальное разрешение до 1 А.

8. Стенд для исследования параметров СВЧ устройств на базе наноэлектронных приборов.

Назначение. Стенд для исследования параметров СВЧ устройств на базе наноэлектронных приборов с использованием измерительного оборудования фирмы Agilent (США) позволяет проводить измерения параметров СВЧ и КВЧ наноприборов и устройств при:

- исследовании статических и динамических вольтамперных характеристик наноэлектронных приборов и параметров эквивалентной схемы этих приборов;

- исследовании технических характеристик устройств обработки радиосигналов (смесители, умножители частоты, детекторы, аттенюаторы и др.);

- метрологическом обеспечении технологий создания наноэлектронной элементной базы.

Диапазон частот:

- от 9 кГц до 50 ГГц с использованием генераторов СВЧ сигналов и спектроанализатора с разрешением по частоте до 10 Гц (прецизионные измерения спектральных параметров нелинейных преобразователей радиосигналов, в том числе на основе наноэлектронной элементной базы);

- от 50 МГц до 20 ГГц с использованием векторного анализатора цепей (измерения основных параметров различных устройств диапазона СВЧ);

- от 0 до 300 МГц с использованием цифрового осциллографа и от 9 кГц до 2 ГГц с использованием спектроанализатора или векторного анализатора цепей с помощью микрозондового устройства (измерение параметров не корпусированных элементов как классической, так и наноэлектронной элементной базы).

В состав стенда входят следующее измерительное оборудование:

- Векторный анализатор Agilent 8720ES с частотным диапазоном 50 Мгц ... 20 ГГц;

- Анализатор спектра Agilent 8565ЕС с частотным диапазоном 9 кГц ... 50 ГГц;

- Генераторы СВЧ сигналов Agilent E8257D с часчтотами от 250 кГц ... 50 ГГц;

- Источники питания Agilent Е3615А;

- Источник питания Agilent Е3641А;

- Мультиметр Agilent 34401А;

- Цифровой осциллограф Agilent DSO6034A;

- Микрозондовое устройство диапазона СВЧ.

Приборы стенда управляются персональным компьютером, что позволяет проводить автоматизированные измерения параметров различных СВЧ устройств, включая устройства на основе наноэлектронной элементной базы, а также обрабатывать и хранить результаты этих измерений.


9. Комплект оборудования для модернизации комплекса испытательных стендов нано- и микрокомпонентов МЭМС и МСТ-приборов.


Назначение. Комплект оборудования для модернизации комплекса испытательных стендов нано- и микрокомпонентов микроэлектромеханических систем и приборов микросистемной техники (Германия) предназначен для проведения механических и термомеханических испытаний микросистемной техники (микроэлектромеханических, микрооптоэлектронных систем).

В комплект оборудования входят:

- термокриокамера к испытательной машине «ZWICK-100 (температурный диапазон 120…350°С, погрешность поддержания температуры 0,5%, программирование изменения скорости нагрева и охлаждения);

- печь к испытательной машине «ZWICK-100» (температурный диапазон 300…1200°С, программирование скорости нагрева);

- машина для испытания изделий на ползучесть, длительную прочность и релаксацию напряжений (температурный диапазон 300…1000°С, максимальная нагрузка – 50 кН);

- экстензометр для измерения деформаций образцов при высоких температурах для испытательной машины «ZWICK-100» (разрешающая способность 0,5 мкм, база измерения от 25 до 100 мм.).


10. Универсальный стенд для динамических испытаний.


Назначение. Универсальный стенд для динамических испытаний Bruel&Kjear (Швейцария) предназначен для проведения динамических испытаний конструкций широкого профиля, включая механотронные системы типа частотных датчиков, микропереключателей, также конструкций из специальных материалов с различными покрытиями (из пластмасс, биологических тканей) механических конструкций автомобильной, авиационной промышленности, конструкций технологического назначения и т.д.

Универсальность стенда обеспечивается набором комплектующих входящих в состав стенда, включающих:

• Вибровозбудитель фирмы Bruel&Kjear 4825;
  
• Набор пъезо-керамических акселерометров и датчик силы комплект ударных молотков для модального анализа фирмы Bruel&Kjear, позволяющих с высокой точности измерять динамические параметры исследуемых систем;
  
• Анализатор сигналов NI 4472 со встроенным компьютером Intel Core Duo c встроенными цифро-аналоговыми и аналого-цифровыми преобразователями и программным обеспечением LabView 8.2, для записи и обработки измеряемых сигналов, как с помощью акселерометров, так и акустических сигналов, а также электрических сигналов с помощью тензорезисторных датчиков и соответствующей аппаратуры. Диапазон измеряемых сигналов составляет от 2 до 20000 Гц при температуре от -50 до 300°С;
  
• Компактные высокоскоростные анализаторы сигналов NI USB 9233, подключаемые к компьютеру через USB порт с четырьмя входными портами аналоговых сигналов;
  
• Стробоскоп 4913: с частотным диапазоном: 10 – 20000 Гц; и цифровым индикатором.
  

ПРОЕКТ III

«Радиоэлектронные системы коротковолновой части миллиметрового диапазона волн»


Существенная роль в проекте отводится совершенствованию ла­бо­раторного оборудования. Это направление деятельности пред­полагает разработку научно-технической и лабораторной базы для изучения всего комплекса фундаментальных, прикладных, конструкторских и технологических проблем, связанных с созданием РЭС коротковолновой части миллиметрового диапазона радиоволн. При этом приходится обращать внимание не только на специальные вопросы, но и углублять содержание традиционных радиотехнических предметов. Для этого расширяются возможности существующих лабораторий, создаются новые лаборатории, которые оснащаются современной аппаратурой.

Основу учебно-экспериментальной базы для всестороннего изучения миллиметрового диапазона радиоволн составляют пять учебно-научных комплексов.

1. Учебно-научный лабораторный комплекс основ радиоэлектроники содержит:

учебную лабораторию «Основы радиоэлектроники»;

учебно-научную лабораторию «Основы квантовой электроники»;

учебно-научную лабораторию «Радиотехнические системы связи и передачи информации»;

учебную лабораторию «Электрорадиоизмерения»;

учебно-научную лабораторию «Полосковые линии»;

студенческое КБ радиоэлектроники.

2. Учебно-научный лабораторный комплекс СВЧ-микроэлектроники включает в себя:

учебную лабораторию-класс «Моделирование элементов аппаратуры на основе микро- и нанотехнологии»;

учебно-научную лабораторию СВЧ-микроэлектроники;

учебно-производственную лабораторию вакуумно-электронно­го цикла.

3. Учебно-экспериментальный комплекс СВЧ-техники и технологий содержит:

стендовый коллиматорный зал с ФАР;

малую безэховую камеру;

большой коллиматор;

учебно-научную лабораторию электродинамики СВЧ-устройств и сред;

учебно-научную лабораторию конструирования СВЧ-устройств;

учебно-научную лабораторию радиоизмерений;

учебно-производственную лабораторию радиоэлектронных модулей.

4. Учебно-научный лабораторный комплекс радиооптических технологий представлен:

специализированным классом для семинарских занятий;

учебно-научной лабораторией «Элементы ФАР миллиметрового диапазона»;

учебно-научной лабораторией «Радиооптические технологии».

5. Учебно-научный экспериментальный комплекс радиотехнических систем включает в себя:

класс моделирования радиотехнических систем;

учебную лабораторию приемных устройств;

учебно-научную лабораторию приемных устройств миллиметрового диапазона радиоволн;

учебно-научную лабораторию «Радиолокационная техника»;

макет РЛС № 1;

макет РЛС № 2;

МФПА;

ИРК;

ПОРУ.

Каждый комплекс предназначен для выполнения своей функциональной задачи (учебной и научной), их различие заключается в ориентированности на уровень подготовки: от основ радиоэлектроники к изучению узлов радиотехнических установок, а затем — различных радиотехнических систем. большое внимание уделяется освоению технологий моделирования, проектирования, изготовления аппаратуры. Все учебно-научные комплексы в ходе выполнения проекта дооснащаются аппаратурой для углубленного изучения различных аспектов миллиметровой техники.

Большой объем лабораторных занятий со студентами проходится на Дмитровский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана, там же студенты выполняют научно-исследовательские работы. В корпусе «Специальные экспериментальные установки» размещено измерительное и технологическое оборудование трех лабораторных комплексов: «Учебно-научного лабораторного комплекса СВЧ-микроэлектроники», «Учебно-экспериментального комплекса СВЧ-техники и технологий» и «Учебно-научного экспериментального комплекса радиотехнических систем», требующее больших площадей, специального оснащения и условий работы.

На территории Учебно-исследовательского центра миллиметрового диапазона радиоволн размещены класс моделирования радиотехнических систем, учебно-научная лаборатория приемных устройств миллиметрового диапазона радиоволн, учебно-научная лаборатория «Радиолокационная техника».

В этих лабораториях проходят практические занятия с использованием радиотелескопа, исследовательского радиолокационного комплекса, передвижной отладочной радиолокационной установки и ряда макетов радиолокационных станций разных диапазонов радиоволн.

Учебно-научный лабораторный комплекс
основ радиоэлектроники

В Учебно-научном лабораторном комплексе основ радиоэлектроники студенты младших курсов на практике осваивают и закрепляют знания фундаментальных базовых дисциплин радиоэлектроники, без которых невозможно дальнейшее глубокое изучение специальности. Это прежде всего такие предметы, как: «Основы теории цепей», «Электроника», «Квантовая электроника», «Радиотехнические цепи и сигналы», «Схемотехника аналоговых устройств», «Электрорадиоизмерения».

На лабораторных занятиях студенты знакомятся с современной элементной базой, основными схемными решениями, лежащими в основе радиоэлектронной аппаратуры, измеряют соответствующие характеристики элементов, узлов аппаратуры и приобретают навыки работы с измерительной техникой.

Большую роль в учебном процессе выполняет лаборатория «Основы радиоэлектроники». Кроме студентов кафедры «Радиоэлектронные системы и устройства» лабораторные работы в ней выполняют студенты и других кафедр, за семестр обучается свыше 700 человек.

В ходе выполнения проекта создано студенческое конструкторское бюро (КБ) радиоэлектроники, оснащенное современной лабораторной и измерительной техникой. В дополнение к традиционному изучению основ радиоэлектроники в КБ студенты под руководством научных сотрудников выполняют самостоятельные разработки от моделирования аппаратуры до ее конструирования и изготовления. С момента образования КБ студенты приняли активное участие в создании аппаратуры для многофункциональной приемной аппаратуры радиотелескопа, исследовательского радиолокационного комплекса и передвижной отладочной радиолокационной установки — основных новых экспериментальных комплексов Учебно-исследовательского центра.


Учебно-научный лабораторный комплекс
СВЧ-микроэлектроники


Продвижение на пути реального использования в промышленности возможностей миллиметрового диапазона радиоволн немыслимо без освоения пласта технологий, обеспечивающих создание соответствующей аппаратуры.

В отличие от прежних подходов при проектировании современных радиотехнических систем, их узлов и элементов особенно, в миллиметровом диапазоне радиоволн, необходимо учитывать конструктивные особенности изделия, особенности его изготовления, возможности существующих технологий и их перспективы.

Лаборатории Учебно-научного комплекса СВЧ-микроэлектроники планируется использовать при изучении следующих курсов: «Радиоматериалы и радиокомпоненты», «Физические основы микроэлектроники», «Схемотехника аналоговых электронных устройств», «Устройства СВЧ и антенны», «Основы конструирования и технологии производства РЭС».

Для оснащения комплекса приобретено специальное оборудование. Наиболее громоздкое оборудование, прежде всего линейки вакуумно-электронного цикла, размещаются в корпусе «Специальные экспериментальные установки» на территории Дмитровского филиала МГТУ им. Н.Э. Баумана. Там же функционируют учебно-производственная лаборатория радиоэлектронных модулей, позволяющая изготавливать специальные корпуса, элементы антенно-фидерного тракта миллиметрового диапазона радиоволн, печатные платы с высокой плотностью монтажа на приобретенной в ходе проекта установке поверхностного монтажа.

Для решения вопросов, связанных с миниатюризацией приборов и устройств СВЧ-электроники, потребовалось расширение как спектра разработок, включая в себя материалы, технологии, схемотехнику, конструирование и проектирование, измерения и методологию, так и более широкого охвата частотного диапазона. Усложнение цикла проводимых исследований привело к радикальному пересмотру концепции разработки, создания и промышленного освоения микроэлектронных СВЧ-устройств новых поколений. Именно поэтому создание нового Учебно-научного лабораторного комплекса СВЧ-микроэлектроники стало органической составной частью национального проекта.

При формировании идеологии подходов к созданию лабораторного цикла были сформулированы три критерия: актуальность, состоятельность и востребованность. В основу оценки актуальности работ заложены требования соответствия основополагающим программно-целевым документам, регламентирующим уровень развития электронной отрасли. Во-первых, полного соответствия глобальным тенденциям развития мировой микроэлектронной
области на период 2015–2020 гг., т. е. период, принятый в общемировой практике долгосрочного планирования высокотехнологичных отраслей. Эти тенденции отражены в документе «Международная технологическая карта развития полупроводниковой промышленности (ITRS)». Во-вторых, соответствие требованиям документа «Основы политики Российской Федерации в области электронной компонентной базы на период до 2010 г. и последующую перспективу», подписанного Президентом РФ В.В. Путиным.

Состоятельность работ базируется на полном использовании и развитии многолетнего научно-технического задела. Востребованность означает максимальный учет требований предприятий-за­каз­чиков, заложенных в уже проводимых НИОКР. Совокупный учет этих критериев позволит четко обозначить границы решаемой задачи, обосновать структуру работ, состав требуемого оборудования и комплектации, технической и программной документации, а также квалификации привлеченного научно-техни­чес­кого персонала.

Из анализа можно сделать следующие выводы.

1. Стоимость процессов проектирования, корпусирования и контроля примерно одного порядка и значительно превышают стоимость производства кристаллов.

2. Ключевыми являются процессы проектирования, корпусирования и финишного контроля, причем эти операции являются индивидуальными, т. е. вносят максимальный интеллектуальный и стоимостной вклад в себестоимость изготавливаемой СБИС.

3. Операции производства кристаллов вносят наименьший вклад в себестоимость СБИС в силу группового характера их процесса обработки.

Вторая группа выводов может быть сделана из анализа процессов, отражающего глобальные проблемные факторы микроэлектронных СБИС. Возможности планарных технологий, которые использовались в течение последних трех десятилетий и доминировали в производстве СБИС, практически исчерпаны. Дальнейшее «сжатие» кристаллов ведет к снижению удельных характеристик и росту себестоимости кристаллов. Более того, начиная с минимального топологического размера порядка 0,15…0,18 мкм, начинают сказываться мезоскопические эффекты, делающие технологии производства кристаллов статистически неустойчивыми со всеми вытекающими отсюда последствиями. Именно поэтому планируемые технологии наноэлектроники, базируются на принципе манипулирования отдельными атомами. При этом следует четко осознавать, что это означает отказ от групповых процессов обработки создаваемых кристаллов, т. е. резкий рост стоимости производства кристаллов. В связи с этим переход к нанотехнологическим процессам в электронике не может быть «революционным» и требует многократного переосмысления накопленного научно-технологического задела в субмикронной микроэлектронике. В частности, более перспективным направлением можно считать не манипуляцию атомами, а выращивание наноразмерных квантовых точек и нитей.

Огромным преимуществом подобных технологий является их практически полная совместимость по всему базовому микроэлектронному циклу с традиционными технологиями при существенном улучшении характеристик изготавливаемых приборов. В связи с этим освоение технологии проектирования таких приборов также является одной из перспективных (отдаленных) целей проекта.

В настоящем проекте решение проблем микроминиатюризации аппаратуры основано на поиске объемных технологических решений по гибридно-монолитным технологиям. При этом ставятся следующие принципиальные ограничения.

Базовое оборудование и технологические процессы должны быть практически полностью заимствованы от хорошо отработанных серийных кремниевых технологий с длительным жизненным циклом (это могут быть технологии с МТР  0,25…0,6 мкм).

Состав базового технологического и контрольного оборудования должен быть минимально-достаточным для реализации «технологического моделирования» ключевых связок операций корпусирования и контроля (входного, промежуточного и финишного), а также некоторых универсальных операций планарного цикла производства кристаллов (напыление токоведущих дорожек).

К технологиям арсенид-галлиевого цикла, присоединяемым по гибридной схеме, не предъявляется никаких ограничений.

Процесс проектирования должен быть «сквозным», ориентироваться на разработку устройства от уровня системной идеологии и схемотехники до планарной топологии промежуточных кристаллов и объемной топологии функционально законченного гибридно-монолитного модуля в целом. Реализация процессов проектирования должна осуществляться на существующих САПР различного назначения с минимальным набором вновь создаваемых программных кросс-средств.

Таким образом, планируемый учебно-научный лабораторный процесс должен обеспечивать технико-технологическую поддержку следующих задач.

1. Сквозное проектирование СВЧ СБИС и их низкочастотной обвязки по гибридно-монолитной микроэлектронной технологии с применением комплекса взаимосвязанных САПР.

2. Многоуровневое моделирование проектируемых изделий, в том числе на уровне технологий изготовления.

3. Практическая реализация ключевых элементов технологических процессов корпусирования и контроля на разных этапах изготовления объемного микромодуля в ручном и полуавтоматическом режиме (имитация серийного процесса).

Исходя из поставленных задач был определен минимально-достаточный состав базового оборудования, содержащий:

зондовые установки входного контроля пластин и кристаллов;

установка посадки кристаллов на различные типы подложек;

установки разварки выводов кристаллов, в том числе термонапряженных, золотой и алюминиевой проволокой;

компьютерно-телевизионный микроскоп промежуточного контроля;

установка (манипулятор) монтажа чип-компонентов;

установка герметизации;

установка трафаретной печати;

станок для изготовления прецезионных печатных плат;

зондовая установка выходного контроля субмодуля;

оборудование химического миниучастка, в том числе для реализации золь-гель методов;

зондовая установка комплексного контроля СВЧ параметров;

контрольно-измерительное оборудование для оценки параметров передающих трактов;

климатическая камера;

оборудование для нанесения токо- и волноведущих дорожек (микрополосков) как методом вакуумного напыления, так и мокрым химическим методом;

универсальный ремонтный набор крупногабаритных плат;

вспомогательное оборудование.

Оборудование расположено по схеме замкнутой кольцевой линии и снабжено воздушной и вакуумной магистралями, а также системой местного обеспыливания.

В качестве базового элемента для проведения исследовательских учебно-научных процессов выбран субмодуль активной ФАР, содержащий практически все необходимые для этого элементы (активные и пассивные аналоговые СВЧ-цепи, цифровые схемы управления, в том числе микроконтроллеры с памятью, элементы электропитания, антенно-фидерные элементы и узлы и т. д.).

Учебно-экспериментальный комплекс
СВЧ-техники и технологий

Важнейшей составной частью радиоэлектронных систем являются антенные системы. В диапазоне миллиметровых радиоволн к антенным системам предъявляют особые требования, например, к точности их изготовления и стабильности характеристик. Крупноапертурные антенны миллиметрового диапазона радиоволн — всегда уникальные сооружения, их характеристики предопределяют ряд основных параметров всей радиосистемы, поэтому важная роль отводится вопросам, связанным с изучением теоретических и практических аспектов антенной техники.

Лаборатории Учебно-научного комплекса СВЧ-техники и технологий используют при изучении следующих курсов: «Устройство СВЧ и антенны», «Фазированные антенные решетки», «Теория и техника антенн миллиметрового диапазона», «Моделирование антенн и микроволновых устройств», «Автоматизированные методы расчета и проектирование радиоэлектронной аппаратуры», «Проблемы и направления развития антенной техники».

В учебно-экспериментальном комплексе СВЧ-техники и технологий имеется несколько безэховых камер и два коллиматора, используемых как для учебных целей, так и для научных исследований.

Стендовый коллиматорный зал оснащен ФАР, подаренной МГТУ им. Н.Э. Баумана ведущим разработчиком бортовых РЛС ОАО «НИИП им. В.В. Тихомирова».

В состав стенда входит изготовленный по новейшей технологии параболический отражатель диаметром 3 м из углепластика. Для регистрирующей аппаратуры коллиматора разработано и установлено специальное программное обеспечение, позволяющее на экране компьютера отображать профиль отражающей поверхности зеркала, характеристики поля в рабочей зоне и все основные характеристики измеряемых антенн.

Студенты пятого курса, специализирующиеся в теории и технике микроволновых устройств, имеют возможность с использованием этой аппаратуры освоить методы измерений характеристик сложных антенн с электронным сканированием.

В ходе выполнения проекта создана учебная лабораторная установка для исследования характеристик многоканальных направленных ответвителей, являющихся основными элементами волноводных многоканальных делителей мощности ФАР с электрическим сканированием диаграммой направленности.

Коллиматорный стенд для измерения характеристик антенн с раскрывами диаметром до 2 м, расположенный в экранированном зале специального комплекса экспериментальных установок Дмитровского филиала МГТУ им. Н.Э. Баумана и оснащенный опорно-поворотным устройством с высокоточными угловыми датчиками, позволяет проводить измерения характеристик крупногабаритных антенн. Стенд оснащен тельфером грузоподъемностью до 1 т. В ходе выполнения проекта обеспечен хороший уровень безэховости в рабочей зоне коллиматора с помощью специально приобретенного поглощающего материала. В состав регистрирующей аппаратуры стенда входят генератор сигналов Rode Schwarz SMA 100A и многофункциональный осциллограф TDS 3032В. Специально разработанное устройство позволяет в режиме сканирования контролировать характеристики поля в рабочей зоне коллиматора и измерять характеристики поля в раскрыве антенн в процессе их настройки.

Аппаратура и лаборатории Комплекса используются при разработке и создании антенн ПОРУ, элементов антенного тракта и двухчастотных облучателей, работающих в 8- и 3-миллиметровом диапазонах радиоволн, а так же для МФПА радиотелескопа и ИРК.

До последнего времени при проектировании антенн требуемые характеристики были получены в ходе трудоемкой и длительной экспериментальной доводке конструктивных элементов. Благодаря значительным достижениям в теоретической электродинамике и прогрессу в численных методах анализа с использованием самой современной вычислительной техники этот процесс можно резко ускорить.

В рамках проекта приобретены специальные пакеты программ: HFSS — для моделирования высокочастотных структур и FEKO — для расчета и оптимизации антенн больших электрических размеров.

Вычислительный комплекс для моделирования антенн и микроволновых устройств (лаборатория компьютерного моделирования антенно-волноводных устройств) удовлетворяют современным требованиям к условиям автоматического проектирования антенн и устройств СВЧ. Вычислительный комплекс построен на базе двух специально доработанных мощных персональных компьютеров и вычислительного сервера.

Программа электромагнитного моделирования антенных систем и неоднородных диэлектрических сред FEKO — высокопрофессиональный продукт, в котором сосредоточены все лучшие качества, достигнутые и развитые в настоящее время в программах проектирования зеркальных антенн больших размеров и СВЧ-устройств. Точный метод моментов в сочетании с методами физической оптики открывает широкие возможности расчета антенных систем в присутствии больших металлических объектов со сложной формой. Главная особенность программы FEKO — удачное сочетание численных методов решения трехмерных электродинамических задач (метод моментов) с приближенными аналитическими методами: метод физической оптики и однородная теория дифракции. Такое сочетание позволяет преодолеть главный недостаток программ компьютерного моделирования высокочастотных структур: большие затраты ресурсов при моделировании объектов с размерами существенно превышающими длины волны.

Программа HFSS (High Frequency Structure Simulator) — одна из базовых коммерческих программ электромагнитного моделирования, широко используемых в настоящее время в практике проектирования радио- и электронных устройств в большинстве крупных компаний.

Программа HFSS незаменима при проектировании сложных антенн, включая ФАР. В настоящее время высокая точность расчетов методом конечных элементов, который лежит в основе программы HFSS, получена для сложных волноводных конструкций. Программа HFSS, дополнительно к численному методу, со­дер­жит аналитические методы, реализованные с помощью макросов, т. е. внутренних функций, рассчитанных и реализованных в отдельных подпрограммах. Проведенная модернизация лабораторий комплекса позволила освоить новый уровень проектирования антенн и СВЧ-устройств, включая область миллиметрового диапазона радиоволн.

Учебно-научный лабораторный комплекс
радиооптических технологий

Создание техники в коротковолновой части радиоволн имеет свою специфику, заключающуюся в том, что количественное уменьшение длины волны и соответственно размеров элементов и трактов аппаратуры на определенном этапе качественно изменяют привычные подходы к работе с сигналами. В определенной степени миллиметровая область находится на стыке двух технологий — радиотехнической и оптической. В одних случаях устройства целесообразно создавать, используя традиционные подходы радиотехники, а в других — на базе оптики, квантовых решений. Именно для обозначения данного весьма перспективного направления развития техники миллиметрового диапазона радиоволн, особенно в его коротковолновой части и даже субмиллиметровой, используется понятие «радиооптические технологии».

В учебно-научной лаборатории «Элементы ФАР миллиметрового диапазона» реализуется классический радиотехнический подход к созданию приемопередающих устройств, но с учетом всех тех ограничений на размеры конструкций, которые вытекают из длины волны. В учебно-научной лаборатории «Радиооптические технологии» реализуется подход к созданию приборов на основе квантовых методов, методами лазерной техники и нелинейной оптики.

В настоящее время излучение в ближнем ИК-диапазоне с высоким качеством параметров формируется лазерами в различных режимах генерации (от непрерывного до импульсов фемтосекундной длительности). Дальнейшее использование методов нелинейной оптики позволяет формировать излучение в широком частотном диапазоне. Анализ и проектирование нелинейноопти­ческих преобразователей частоты осуществляют в учебно-научной лаборатории «Радиооптические технологии». В настоящее время в базе данных содержатся параметры более чем 90 выпускаемых и перспективных нелинейных кристаллов.

Первоначально для накачки твердотельных активных элементов лазеров использовалась ламповые схемы. В последние годы широкое развитие получило использование полупроводниковой накачки, которая дает возможность значительно повысить КПД устройства, увеличить ресурс его работы и улучшить качество характеристик излучения.

Физические процессы, протекающие в лазерах и нелинейно-оптических устройствах, являются нелинейными. В связи с высокой стоимостью элементов лазера невозможно проводить экспериментальные исследования в широком диапазоне изменения параметров. Одновременно с этим большое число действующих механизмов, определяющих процесс формирования излучения, не позволяет адекватно определить пути оптимизации устройства по имеющимся отдельным результатам измерений. Все это заставляет проводить работы по моделированию элементов и устройств. За последние годы разработаны пакеты программ, позволяющие моделировать активные элементы с полупроводниковой накачкой, нелинейно-оптические преобразователи частоты, энергетические, временные и пространственные параметры излучения лазеров моноимпульсного и квазинепрерывного режимов работы.

Разработанные программные комплексы широко используют во всех формах учебного процесса — лекциях, семинарах, лабораторных работах, при курсовом и дипломном проектировании в рамках дисциплин «Физика лазеров», «Лазеры для экомониторинга», «Приборы квантовой электроники», «Нелинейная оптика» на факультете «Радиоэлектроник и лазерная техника».

Исследование нелинейнооптических процессов позволило впервые обнаружить такие новые эффекты, как некритичные по температуре взаимодействия при генерации второй гармоники, генерации суммарной частоты, определено влияние термодеформационных процессов на процесс преобразования частоты и двулучепреломление, найдены новые конфигурации направлений фазового синхронизма, и др. Эти работы по исследованию физических процессов в нелинейнооптических устройствах проводятся совместно с МГУ им. М.В. Ломоносова, НИИ «Полюс», ИОФ РАН, ФИ РАН, Институтом Кристаллографии, Институтов Минералогии и Петрографии (Новосибирск), Институтом Оптики Атмосферы (Томск).

Новое и перспективное направление — разработка Интернет-ресурсов для обеспечения (поддержки) учебного процесса и проведения научно-исследовательских работ, основу которых составляет сервер, формирующий клиентские формы для пользователей и обеспечивающий выполнение расчетов по запросам клиентов.

Учебно-научный экспериментальный комплекс
радиотехнических систем

Основу Учебно-научного экспериментального комплекса радиотехнических систем составляет ряд базовых радиоэлектронных систем, размещенных в Учебно-исследовательском центре миллиметрового диапазона радиоволн и в корпусе «Специальные экспериментальные установки» на территории Дмитровского филиала МГТУ им. Н.Э. Баумана. Радиотелескоп РТ-7,5 МГТУ им. Н.Э. Баумана, МФПА, ИРК, ПОРУ, макеты радиолокационных станций. В учебно-научной лаборатории «Радиолокационная техника» смонтированы эталонные отражатели, используемые в экспериментах с радиолокационной аппаратурой. Отражатели имеют систему дистанционного управления, позволяющую изменять и контролировать положение отражателей в процессе экспериментов, с помощью специальной радиорелейной линии и канала передачи видеоизображения.

В состав Учебно-научного экспериментального комплекса радиотехнических систем входит ряд специальных лабораторий, используемых при проведении лабораторных работ со студентами.

До 2006 г. лабораторные работы на стендах Дмитровского филиала, проводились только для студентов кафедр радиотехнических специальностей, однако после создания в рамках приоритетного национального проекта Учебно-исследовательского центра миллиметрового диапазона радиоволн появилась возможность проводить занятия и для других специальностей по смежным дисциплинам. В настоящее время решается вопрос о введении таких работ в учебные планы.

В лабораторном корпусе расположены лекционные аудитории.

В классе моделирования радиотехнических систем студенты с использованием интерактивных учебных пособий изучают особенности функционирования различных радиосистем, их тактико-технические характеристики, а также подробно знакомятся с планом экспериментов, которые необходимо проводить в ходе лабораторных работ. Здесь же проводится обработка результатов измерений, выполненных на имеющихся исследовательских установках. Большое внимание в лабораторных работах уделяется радиофизическим основам радиолокации, радиосвязи, радиоастрономии.

Учебно-научная лаборатория приемных устройств миллиметрового диапазона радиоволн — предназначена для проведения научных исследований в области создания высокочувствительных приемных устройств миллиметрового диапазона радиоволн, входных устройств и их элементов (многодиапазонных облучателей модуляторов, устройств связи с гетеродином, частотно-избира­тель­ных элементов, частотных преобразователей, широкополосных усилителей промежуточной частоты, оконечных устройств). Студенты знакомятся с особенностями радиоизмерений в миллиметровом диапазоне, методиками измерений параметров различных устройств, направлениями и результатами исследований, проводимых в лаборатории сотрудниками МГТУ им. Н.Э. Баумана и других организаций.

Установки МФПА радиотелескопа, ПОРУ, макеты радиолокационных станций позволяют проводить разнообразные радиофиические исследования и одновременно изучать особенности конструирования и изготовления систем, узлов и элементов миллиметрового диапазона.

В учебной лаборатории приемных устройств студенты изучают основные принципы построения и функционирования радиоприемных устройств. В ходе выполнения данного проекта были полностью модернизированы лабораторные стенды и измерительная аппаратура. В лаборатории выполняются научно-ис­сле­довательские работы, позволяющие изучать основные характеристики современных супергетеродинных приемников, а также детально исследовать системы автоматической подстройки частоты и регулировки усиления. Знания, полученные студентами в ходе выполнения лабораторных работ, используются при изучении специальной аппаратуры, в том числе миллиметрового диапазона радиоволн. Имеющиеся в лаборатории устройства измерительная аппаратура позволяет детально исследовать характеристики элементов приемных устройств и приемников в целом.

Радиотехнические системы, которыми располагает Учебно-научный экспериментальный комплекс, позволяют проводить не только лабораторные занятия, но и научно-исследовательские работы. Эти установки широко используются для прохождения практики студентов старших курсов профилирующих кафедр.

Характеристики многих имеющихся установок являются уникальными, на их базе планируется проведение совместных исследований с другими университетами страны (СпбГУ, МГУ им. М.В. Ломоносова), организациями РАН (ФИАН, ИРЭ, АКЦ РАН, Институт астрономии АН) и промышленными предприятиями. Планируется значительное расширение объемов научно-иссле­до­вательских работ.