МИКРОВОЛНОВЫЕ МАКЕТЫ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Аннотация
Интерференционные логические элементы (ИЛЭ) являются неотъемлемой частью
вычислительных машин в современном мире. Одной из важнейших задач разработчиков
современной вычислительной техники, является уменьшение длительности выполнения
логических операций, обеспечивая тем самым быстродействие различных вычислительных
комплексов, применяемых, например, при моделировании крупных объектов с большим ко-
личеством деталей в различных отраслях промышленности, а также при обработке
большого объема информации. Возможный путь решения данной задачи состоит в исполь-
зовании ИЛЭ, основанных на элементной базе оптического диапазона длин волн. Цель, для
которой разрабатываются данные макеты микроволновых ИЛЭ, состоит в реализации
функций ИЛЭ на базе микрополосковой линии в сверхвысокочастотном диапазоне частот
(СВЧ). В работе представлены результаты моделирования, разработки конструкции, из-
готовления и испытаний макетов микроволновых интерференционных логических элемен-
тов, образующих полный функциональный базис. Модель микроволнового макета ИЛЭ,
реализующего функции «И», «исключающее ИЛИ» и «НЕ», состоит из 4 типов функцио-
нальных узлов СВЧ: циркуляторов, одноступенчатых кольцевых сумматоров мощности,
двухшлейфного направленного ответвителя и элементов отбора мощности, представ-
ляющие собой направленные ответвители с боковой связью, с заданным коэффициентом
ответвления. Для подтверждения принципа действия ИЛЭ и их реализуемости использо-
вано численное моделирование системы методом конечного интегрирования во временной
области. Макеты ИЛЭ реализуют функции «И», «исключающее ИЛИ» и «НЕ». Соблюда-
ется идентичность значений интенсивности, соответствующих логическим «0» и «1»,
вырабатываемых различными элементами. Длительность выполнения логических операций
определяется длительностью распространения импульса в волноводе. Применение в схеме
построения ИЛЭ реактивных элементов позволяет минимизировать потери СВЧ-энергии
при распространении электромагнитного импульса
Литература
[Photonic computing machine. Principles of implementation. Parameter estimates], Doklady
akademii nauk [Reports of the Academy of Sciences], 2017, Vol. 476, No. 4, pp. 389-394.
2. Hussein M.E., Tamer A. Ali, and Rafat Nadia H. New designs of a complete set of Photonic
Crystals logic gates, Optics Communication, 2018, Vol. 411, pp. 175-181.
3. Xiaoting Wu, Jinping Tian, Rongcao Yang. A type of all-optical plasmon polaritons, Optics
Communications, 2017, Vol. 403, pp. 185-192.
4. Papaioannou Maria, Plum Eric, João Valente, Edward T.F. Rogers, and Zheludev Nikolay I.
All-optical multichannel logic based on coherent perfect absorption in a plasmonic
metamaterial, APL Photonics, 2016, Vol. 1. 090801. DOI: 10.1063/1.4966269.
5. Sun Xiao-Wen, Yang Xiu-Lun, Meng Xiang-Feng, Zhu Ji-Nan, Wang Yu-Rong, Yin Yong-Kai,
Dong Guo-Yan. Design and analysis of logic NOR, NAND and XNOR gates based on interference
effect, Quantum Electronics, 2018, Vol. 48, No. 2, pp. 178-183.
6. Stepanenko S.A. Interferentsionnye logicheskie elementy [Interference logic elements], Doklady
RAN «Matematika, informatika, protsessy upravleniya» [Reports of the Russian Academy of Sciences
"Mathematics, Computer Science, control processes"], 2020, Vol. 493, pp. 64-69.
7. Astaykin A.I., Trotsyuk K.V., Ionova S.P., Profe V.B. Teoriya i tekhnika SVCH: ucheb. posobie
[Theory and technique of microwave: a textbook]. Sarov: FGUP «RFYATS-VNIIEF», 2008, 446 p.
8. Baskakov S.I. Elektrodinamika i rasprostranenie radiovoln [Electrodynamics and propagation
of radio waves]. Moscow: Vysshaya shkola, 1992.
9. Maloratskiy L.G., Yavich L.R. Proektirovanie i raschet elementov na poloskovykh liniyakh
[Design and calculation of elements on strip lines]. Moscow: Sov. radio, 1972.
10. Fel'dshteyn F.L., Yavich L.R., Smirnov V.P. Spravochnik po elementam volnovodnoy tekhniki
[Handbook on the elements of waveguide technology]. Moscow: Sov. radio, 1967.
11. Spravochnik po raschetu i konstruirovaniyu SVCh poloskovykh ustroystv [Handbook on the calculation
and design of microwave strip devices], ed. by A.L. Fel'dshteyna. Moscow: Svyaz', 1979.
12. Meynke M., Gundlakh F. Radiotekhnicheskiy spravochnik [Radio Engineering Handbook],
Vol. 1. Moscow: Gosenergoizdat, 1971.
13. Milovanov O.S., Sobenin N.P. Tekhnika sverkhvysokikh chastot [Ultrahigh frequency technology].
Moscow: Atomizdat, 1980.
14. Maloratskiy L.G. Mikrominiatyurizatsiya elementov i ustroystv SVCh [Microminiaturization
of microwave elements and devices]. Moscow: Sov. radio, 1976.
15. Sazonov D.M. Antenny i ustroystva SVCh [Antennas and microwave devices]. Moscow:
Vysshaya shkola, 1988.
16. Sazonov D.M., Gridin A.N., Mishustin B.A. Ustroystva SVCh [Microwave devices], ed. by
D.M. Sazonova. Moscow: Vysshaya shkola, 1981.
17. Konstruirovanie i raschet poloskovykh ustroystv [Design and calculation of strip devices],
ed. by I.S. Kovaleva. Moscow: Sov. radio, 1974.
18. Sosunov V.A., Shibaev A.A. Napravlennye otvetviteli sverkhvysokikh chastot [Directional couplers
of ultrahigh frequencies]. Saratov, 1964.
19. Lebedev I.V. Tekhnika i pribory SVCh [Microwave equipment and devices]. Moscow:
Vysshaya shkola, 1970.
20. Khizha Kh.S., Vendik I.B., Serebryakova E.A. SVCh – fazovrashchateli i pereklyuchateli [Microwave
phase shifters and switches]. Moscow: Radio i svyaz', 1984.
21. Kane Yee. Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxvell’s equations
in isotropic media, IEEE Transactions on antennas and propogation, 1966, Vol. 14,
No. 3, pp. 302-307.
