eng
Выпуск #7/2025
ОТ ПОСТАВКИ ПРИБОРОВ ДО АКТУАЛЬНОГО ДЛЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СОВМЕСТНОГО ПРОЕКТА
Просмотры: 926
DOI: 10.22184/1992-4178.2025.249.7.38.44
От поставки приборов до актуального для радиоэлектронной промышленности совместного проекта
Обычно в рубрике «История успеха» нашего журнала о проекте рассказывают две стороны, роли которых достаточно точно отражают слова «поставщик» и «заказчик». История, о которой речь пойдет сегодня, начиналась с закупки оборудования (поэтому мы не стали менять названия частей статьи), но затем она трансформировалась, фактически, в партнерские отношения. Поволжский дизайн-центр микроэлектроники Самарского государственного технического университета (Самарского политеха) завершает создание программно-аппаратного комплекса (ПАК) для измерения СВЧ-характеристик ферритов, в котором применяются ранее закупленные приборы ООО «Планар», причем поставщик оборудования оказывает активное содействие в разработке комплекса. В скором времени планируется вывод этого решения на рынок, и его продвижением компании будут заниматься также совместно.
Об этом проекте и рассказали нам представители компании «ПЛАНАР» и Поволжского дизайн-центра микроэлектроники, по словам которых, новое решение позволит существенно сократить временные затраты предприятий на испытания новых СВЧ-материалов.
ВЗГЛЯД ПОСТАВЩИКА
Сергей Заостровных, директор ООО «Планар»: Мы начали плотно работать с Самарским политехом в 2023 году, когда Поволжский дизайн-центр микроэлектроники, созданный на базе данного университета, реализовывал проект по оснащению новым оборудованием. Коллеги из Самары обратились к нам с целью закупки ряда наших приборов. Сначала это была, в общем, обычная работа.
Мы поставили оборудование, наши специалисты выполняли пусконаладочные работы, проводили консультации по применению оборудования. Но затем у коллег из дизайн-центра возникла идея по созданию программно-аппаратного комплекса для определения высокочастотных характеристик ферритов с использованием наших приборов. Эта идея нас тоже очень заинтересовала, и совместно с университетом было принято решение
о проведении данной разработки общими силами. Помимо исследовательского интереса, этот проект обладает, на наш взгляд, хорошим коммерческим потенциалом, и мы надеемся, что в дальнейшем мы будем вместе продвигать это решение на рынке.
Андрей Малявкин,
менеджер по работе
с ключевыми клиентами ООО «Планар-Проект»: Действительно, идея коллег из Самарского политеха выглядит очень актуальной, потому что, с одной стороны, в современной аппаратуре во многих сегментах, например в телекоммуникационном, навигационном и т. п., широко применяются ферритовые изделия, а с другой, измерение высокочастотных характеристик данного материала связано с определенными сложностями, которые образуют узкое место в процессах как разработки, так и производства СВЧ-оборудования.
Дело в том, что существующие комплексы, выполняющие эту задачу и построенные на основе соответствующих стандартов, требуют изготовления из исследуемого материала испытательных образцов, представляющих собой кольцо с очень точно выдержанными размерами. Учитывая механические свойства феррита, это весьма непростая задача.
Изготовление такого кольца требует много времени. Теперь представьте себе: предприятие выпускает серийную продукцию, и ему приходит новая партия феррита. Необходимо проверить, что этот материал обладает такими же свойствами, что и феррит
из предыдущей партии, поскольку в противном случае параметры готовых изделий могут измениться и производство просто начнет выпускать брак. Есть два пути: можно рискнуть и продолжить производить продукцию, параллельно проводя измерение характеристик нового феррита, а можно остановить производство и подождать результатов испытаний. Сейчас, с учетом изготовления испытательного образца, процесс определения СВЧ-характеристик материала может длиться несколько дней и даже недель. Поэтому в первом случае производитель рискует изготовить большое количество бракованных изделий, прежде чем он узнает, что феррит обладает иными параметрами, чем ожидалось, а во втором – несет потери, связанные с длительным простоем.
Помимо проверки характеристик материала из различных партий, существует и периодический контроль параметров, который выполняется технологом в процессе производства. Если результаты этого контроля указывают на отклонение тех или иных параметров, техпроцесс должен быть скорректирован. Надо ли говорить, что здесь оперативность получения результатов испытаний играет не менее, а возможно, и более важную роль?
При этом объемы выпуска СВЧ-электроники продолжают расти, поэтому само собой напрашивается вывод, что данные процессы испытаний необходимо оптимизировать. Подход, который предложили коллеги из Самары, позволяет существенно сократить время, необходимое для измерения СВЧ-характеристик ферритов, и благодаря этому намного быстрее принимать решение о годности материала для использования при изготовлении серийной продукции. Для предприятия-производителя это означает в том числе значимое сокращение расходов. Когда сотрудники дизайн-центра Самарского политеха рассказали нам о своей идее, мы кинули клич по всем нашим заказчикам, у которых потенциально могла существовать такая проблема, и оказалось, что она действительно достаточно широко распространена. Таким образом мы получили подтверждение, что работать в этом
направлении нужно.
Разрабатываемый комплекс состоит из наших приборов – рефлектометров серии CABAN, специализированной оснастки – резонатора, который разрабатывает дизайн-центр Самарского политеха, а также ПО, предназначенного для пересчета данных, полученных нашим оборудованием, в параметры, соответствующие стандартной методике испытаний. Также в дизайн-центре работают над другой версией ПАК, в котором вместо рефлектометров используются наши векторные анализаторы цепей. Их применение позволит, в частности, увеличить диапазон частот испытаний.
Следует отметить, что функция рефлектометров и ВАЦ в данном комплексе достаточно типичная для этих приборов, если описывать ее крупными мазками. Методика определения параметров материала – так называемый метод Николсона – Росса – Вейра – хорошо известна специалистам, на эту тему существует множество публикаций. Роль измерительных приборов, фактически, сводится к определению S-параметров, и практически никакой их кастомизации для данного применения не требуется.
Но при более детальном рассмотрении здесь проявляется ряд нюансов, связанных с тем, как увязать выходные данные приборов с математическим аппаратом ПО комплекса с учетом геометрии резонатора. Наша роль в разработке ПАК поэтому в основном заключается в консультировании специалистов самарского дизайн-центра в отношении софта наших приборов, деталей их работы, оптимального использования выдаваемых ими данных и т. п.
Особенности же данного ПАК во многом сосредоточенны именно в резонаторе и продиктованы в том числе необходимостью обеспечить требования ГОСТ, согласно которым измерения осуществляются в диапазоне частот от 8 до 12 ГГц с относительной погрешностью не более ±10-7, при этом измеряемый ферритовый образец (стержень) должен находиться в известном магнитном поле. В связи с этим конструкция резонатора должна не только геометрически соответствовать законам электродинамики, но и быть способной умещаться в достаточно мощном источнике магнитного поля. Коллеги из Самары предложили такую его конструкцию, которая позволяет использовать испытательные образцы не в форме колец, а в форме стержней или пластин. Изготовить такие образцы намного проще, причем в ряде случаев их можно сделать непосредственно из заготовок для ферритовых изделий, которые изготавливаются предприятием. Их подготовка занимает всего несколько часов, а процесс измерения и расчет параметров – несколько минут. Это существенная экономия столь ценного для производителя времени.
Сергей Заостровных: Я бы хотел добавить, что развитие изначальной идеи в совместный проект по созданию востребованного на рынке измерительного комплекса, скорее всего, не случилось бы без взаимной поддержки и конструктивных взаимоотношений, сформировавшихся между нами, как поставщиком и заказчиком оборудования. Атмосфера открытости и готовность коллег из Самарского политеха решать задачи вместе делает достижение результата намного более эффективным. Мы уверены, что благодаря этому мы сможем сделать данный проект успешным не только с технической, но и с коммерческой точки зрения.
Со своей стороны, мы в нашей компании всегда придерживаемся подхода, при котором мы не просто поставляем клиенту приборы, а глубоко погружаемся в задачи заказчика, прорабатываем вместе с ним все детали применения наших решений. Наши специалисты не раз ездили в Самару, чтобы как можно лучше понять, что именно нужно заказчику и как именно применить наши приборы, чтобы проект удалось реализовать наилучшим образом.
Андрей Малявкин: Участие в проекте с самого начала было очень интересным. Первое время идея коллег из Самары казалась несколько амбициозной, но, совместно структурировав работу, мы пришли к решению, которое, уверен, будет иметь определенный спрос. Причем оно может быть востребовано не только при решении производственных задач, но и при подготовке студентов, что очень важно, в особенности учитывая значимость материалов в современной электронике.
Также хочется сказать, что, наблюдая за развитием проекта, мы видели, как разрабатываемая оснастка трансформировалась в направлении эргономичности. На начальном этапе часто некоторые вещи кажутся не столь существенными, но, когда разработчики сами работают с устройством, постепенно проявляются те детали, которые определяют удобство работы с ним. И коллегам из дизайн-центра удалось, постепенно совершенствуя конструктив, сделать его таким, чтобы будущие пользователи комплекса не испытывали сложностей с его использованием и обслуживанием. Я своими глазами видел, как происходила эта трансформация, и это очень здорово! Ведь для производственного персонала очень важно максимально упростить все процессы. Не должно быть никаких сложных операций, где нужно куда-то подлезть, что-то придержать и т. п.
Сейчас уже есть первые запросы на этот комплекс. Собственно, идея его создания и родилась из запроса одного из самарских предприятий. Исходя из своего опыта, могу сказать, что подобные проекты зачастую начинаются от потребностей той или иной организации – как правило, заказчика, просто знакомой компании или той, которая находится близко территориально. Под такой запрос создается прототип. Но многое зависит
от дальнейших шагов, в процессе которых решение становится более универсальным и в итоге происходит переход к серии. На этом этапе о проекте узнают те, кто до того не знал, что на рынке появляются такие решения. Они начинают обращаться со своими запросами, и решение корректируется таким образом, чтобы удовлетворить потребности более широкого круга пользователей. В результате это решение превращается в коммерческий продукт. Мы по такому пути проходили не раз.
Сейчас вместе с коллегами из Самарского политеха мы начинаем рассказывать рынку о разрабатываемом ПАК для измерения СВЧ-параметров материалов, потому что у нас уже есть что показать. В скором времени комплекс можно будет увидеть на выставках, компании смогут увидеть его работу вживую, провести на нем измерения параметров своих образцов.
ВЗГЛЯД ЗАКАЗЧИКА
Александр Нечаев, доцент кафедры «Радиотехнические устройства», заместитель директора Поволжского дизайн-центра микроэлектроники Самарского государственного технического университета: Всё началось с того, что в 2023 году наш университет получил субсидию на оснащение дизайн-центра микроэлектроники, который работает на базе кафедры «Радиотехнические устройства» нашего университета. Исторически наш дизайн-центр занимался различными системами управления и, соответственно, электронной аппаратурой, которая с этим связана. В рамках данной закупки мы сделали акцент на СВЧ-оборудование.
Безусловно, при закупке оборудования мы отдавали приоритет отечественным производителям, но при этом рассматривали широкий спектр вариантов. Российский производитель – это всегда определенная степень спокойствия. Если нужно, например, произвести настройку или что-то скорректировать, скорость реакции отечественной компании намного выше. Не буду скрывать: на наш выбор поставщика повлияли и санкции, ведь сейчас приобрести оборудование известной американской или немецкой компании стало намного сложнее и дороже, чем это было несколько лет назад. Но главная причина того, что мы выбрали оборудование компании «ПЛАНАР», – уровень качества и технической поддержки. Мы сравнивали ее решения с тем, что в данном классе предлагает тот же американский или немецкий производитель, и увидели, что по всем характеристикам приборы компании «ПЛАНАР» не уступают данному оборудованию.
В рамках той закупки мы приобрели векторный анализатор цепей с расширителями частоты, комплект рефлектометров, набор переходников, кабелей – словом, всё, что необходимо для полноценного проведения определенных испытаний в рамках разработок дизайн-центра.
Общаясь с предприятиями отрасли, в определенный момент мы узнали, что на одном из самарских предприятий существует сложность с исследованием электрофизических параметров материалов, в частности ферритов, в области СВЧ. Оказалось, что в европейской части России лаборатории, которые могут это делать, находятся только в Москве и в Санкт-Петербурге. Данное предприятие пользовалось услугами петербургской лаборатории, но из-за ее удаленности, очереди на выполнение испытаний, а также длительности самой процедуры время от отправки образцов до получения результатов исчислялось неделями.
Мы посмотрели, что нужно для проведения таких испытаний, изучили стандарты и поняли, что на основе приобретенного нами оборудования производства компании «Планар» мы можем сделать измерительный комплекс, полностью удовлетворяющий требованиям методик, приведенных в ГОСТах. При этом комплекс мог получиться очень простым с точки зрения его структуры. Так, в ГОСТе по испытаниям ферритов, вступившем в силу
в 2025 году, описывается измерительная система, состоящая из 27 блоков и модулей. Мы же благодаря применению рефлектометров и ВАЦ смогли в итоге сократить состав системы до 6 позиций, причем это оборудование не требует дополнительной настройки и калибровки.
Андрей Малявкин, с которым мы познакомились еще при закупке оборудования для дизайн-центра, в силу своей профессии очень много путешествует по России и хорошо знает потребности предприятий. И когда мы поделились с ним идеей создания такого комплекса, он сказал, что это очень интересно и перспективно. Интересно, что компании часто не озвучивают проблемы, связанные с организацией промежуточного контроля и периодических производственных испытаний, считая это своей внутренней задачей, хотя эта задача может быть достаточно сложной, выходящей за рамки компетенций производственного предприятия. Поэтому мнение Андрея было важным для нас и стало одним из стимулов активно взяться за данную работу.
Изначально мы начали прорабатывать проект со студентами 3-го курса. Это была курсовая двух ребят. Потом другие студенты из группы увидели, что данная работа выполняется на современном оборудовании, что решается реальная производственная задача, и захотели присоединиться к проекту. Так у нас сформировалась команда из восьми человек, включая наших молодых ученых и аспирантов. В проекте было много нового для нас; мы понимали, что сделать комплекс производственного уровня сразу не сможем, поэтому шли по пути проб и ошибок.
В первых прототипах мы активно использовали аддитивные технологии. Например, печатали резонаторы из пластика на 3D-принтере, а затем покрывали их фольгой. СВЧ-энергия, как известно, распространяется по поверхности проводника, поэтому такая конструкция вполне позволяла проверить, как будет работать резонатор соответствующей геометрии, не изготавливая его полностью из металла. После корректировки конструкции на основе первых измерений мы получили очень неплохие результаты.
Во второй половине прошлого года Фонд поддержки технологического предпринимательства Самарской области объявил конкурс студенческих работ. Мы подали заявку на этот конкурс. Нашим индустриальным партнером выступил «Планар». Фонд поддержал нас, и разработка ПО и унифицированных резонаторов с элементами подключения производилась уже в рамках этого проекта. В этом году студенты, работавшие над проектом, на высоком уровне защитили дипломы на его основе.
Это была очень интересная работа для ребят. Было видно, с каким энтузиазмом они ей занимались. Например, поначалу они не могли понять, почему феррит так трудно обрабатывать. Они пошли на предприятие, чтобы увидеть своими глазами цикл производства изделий из этого материала, и вернулись с горящими глазами: «Теперь мы поняли, почему это так непросто и зачем вообще всё это надо». Это сыграло важную роль в том, что при работе над проектом они уделяли большое внимание простоте эксплуатации создаваемого комплекса и его технологичности.
Были и курьезные случаи. Однажды мы работали над получением образцов для проведения контрольных замеров и никак не могли достичь их размеров для соответствия ГОСТу, поскольку требовалась довольно тонкая обработка. К нам зашел профессор с другой кафед-
ры – буквально, мимо проходил. Посмотрел и говорит: «А вы капните водички вот сюда». Мы так и сделали, и всё получилось. Мы смогли изготовить измеряемый образец, снять его параметры и увидели, что программа получения данных работает корректно, но вычисляемый параметр уходит за пределы требуемого диапазона. Стали разбираться. Оказалось, что в одном коэффициенте большой «многоэтажной» формулы была ошибка. Мы ее исправили и получили верные результаты. Так, можно сказать, случайность позволила нам быстро решить эту задачу.
Когда мы заявили, что можем разработать унифицированный комплекс для измерения СВЧ-параметров материалов, нам начали приходить запросы от предприятий – не только из Самарской области. Нас спрашивали, можем ли мы испытать изделия той или иной формы. Тогда мы поняли, что у этого комплекса есть перспективы развития. Сейчас мы знаем, как мы можем расширить этот проект. В этом мы в первую очередь ориентируемся на потребителей, можно сказать, учимся клиентоориентированности у компании «ПЛАНАР», у которой очень качественно строится работа с заказчиками – это я могу подтвердить на основе собственного опыта.
Наверное, здесь стоит немного подробнее рассказать, что именно представляет собой наш ПАК. Сейчас аппаратура для сотовой связи, мобильного и широкополосного Интернета, навигации и т. п. уходит в область всё более высоких частот. Сетью Wi-Fi 5 ГГц уже никого не удивишь. Сейчас разрабатываются более высокочастотные протоколы. Это движение в сторону роста частот предполагает использование новых материалов. Производителю, изготавливающему такой материал или изделие из него, нужно понимать, какие у него параметры в СВЧ-поле. Существуют разные методики изменения этих параметров, но они так или иначе подразумевают изготовление испытательного образца. И конечно, каждый производитель хотел бы, чтобы этот испытательный образец было бы просто изготовить и чтобы он был максимально близок к тому изделию, которое будет в итоге применяться в устройстве.
Мы используем методики, которые с помощью генерации электромагнитного поля на высокой частоте позволяют оценить степень потерь в материале. Для этого нужен достаточно точный и стабильный генератор. В нашей системе – это один из рефлектометров,
но в дальнейшем мы планируем использовать также выходной канал ВАЦ. Сигнал генератора поступает в резонатор, в котором находится образец исследуемого материала. Разрабатывая резонатор, мы предположили, что наиболее удобной для потребителя формой образца будет пластина или стержень. Исходя из этого предположения, на основе математических моделей мы создали конструкцию резонатора, которая может работать с такими образцами, причем стержни могут быть различного диаметра.
В резонаторе электромагнитное поле поглощается образцом – на разных частотах по-разному. Затем сигнал из резонатора поступает на чувствительный приемник.
В нашем комплексе его роль играет второй рефлектометр, а в перспективе им будет входной канал ВАЦ. Исходя из характеристик входного и выходного сигналов измерительный прибор определяет зависимость S-параметров от частоты, на основе которой уже наше ПО рассчитывает по определенной методике, скорректированной нами, параметры материала.
Для пользователя это выглядит следующим образом. Он включает комплекс, нажимает кнопку, получает параметры сигнала без образца в резонаторе. Затем берет образец, кладет его в резонатор и снова нажимает кнопку. После этого ждет 5–7 с и получает отчет по СВЧ-параметрам материала. Если нужно исследовать другой материал, он просто вынимает из резонатора предыдущий образец, кладет новый и, нажав кнопку, получает результат.
На данный момент мы сделали установку на базе рефлектометров CABAN, которая выполняет измерения в диапазоне до 18 ГГц. У нас уже был запрос по поводу измерений на более высоких частотах, поэтому в следующих версиях ПАК мы будем ориентироваться на применение векторного анализатора цепей, который позволяет работать с частотами до 20 ГГц, а использование расширителей, которые также предоставил нам «Планар»,
позволяет еще более увеличить диапазон частот при измерениях. Применение ВАЦ также увеличит и точность измерений.
В качестве базы для нашего комплекса мы взяли оборудование компании «ПЛАНАР» еще и по той причине, что оно есть в наличии на многих российских производствах, и если такое предприятие захочет организовать у себя измерение СВЧ-параметров ферритов или диэлектриков по нашей методике, то мы сможем быстро и без лишних затрат построить для него измерительную систему с использованием уже имеющихся приборов.
Одной из ключевых составляющих ПАК является программное обеспечение, рассчитывающее интересующие пользователя параметры, такие как диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь, на основе данных, выдаваемых измерительным оборудованием. Это ПО разрабатываем мы сами. Но я считаю, что справедливо было бы назвать его нашим совместным продуктом с компанией «ПЛАНАР», потому что без софта,
который идет в комплекте с рефлектометрами и ВАЦ, мы не смогли бы сделать свою часть ПО. Данный софт предоставляет очень удобный интерфейс, а объем выдаваемой им информации более чем достаточен, чтобы мы могли выполнять все необходимые вычисления.
Автоматизация измерений и ПО обработки данных вносят свой вклад в сокращение времени, необходимого для проведения испытаний. Но основные временные затраты при определении СВЧ-параметров материалов связаны с изготовлением испытательных образцов. Любая методика жестко привязана к их форме, а обработка феррита – сложный процесс, поэтому очень важно использовать такую методику, в которой форма образца максимально простая. В большинстве методик применяются ферритовые кольца, а кольцо имеет несколько геометрических параметров: высоту, внешний и внутренний диаметр. И все эти размеры нужно выполнить очень точно. Как я уже говорил, в нашей методике применяются образцы более простой формы – пластины и стержни. Изготовить их значительно проще. Мы даже сами сделали станок из доступных и широко используемых средств, на котором примерно за 3,5 ч смогли изготовить из производственной заготовки образец для испытаний. Учитывая, что наш станок не такой производительный, как оборудование, имеющееся на реальных производствах, можно смело утверждать, что у заказчиков на подготовку образцов будут уходить считанные часы и технолог сможет получать результаты испытаний материалов в пределах рабочего дня. Это очень большая экономия времени, учитывая, что сейчас этот процесс для многих предприятий занимает несколько недель.
Кроме решения производственных задач, в рамках реализации проекта ставилась цель создания инструмента, удобного для использования начинающему специалисту. Другими словами, продукт должен быть удобен студентам, аспирантам и специалистам, проходящим курсы повышения квалификации или переподготовки в таких областях как приборостроение, электроника и микроэлектроника, радиотехника, материаловедение и др.
Сейчас с точки зрения техники проект находится на завершающей стадии. Мы ждем комплект образцов материалов с проверенными в лабораториях параметрами, чтобы произвести измерения на нашем ПАК и внести последние корректировки в программное обеспечение. Параллельно у нас идет процесс согласования отдельных характеристик и стоимости комплекса с потенциальными заказчиками, которые уже проявили заинтересованность в его закупке. Когда эти этапы будут завершены, мы совместно с компанией «ПЛАНАР» начнем более широко продвигать это решение как коммерческий продукт.
Мы видим хорошие рыночные перспективы у этого решения и уверены, что оно послужит многим предприятиям в том, чтобы повысить качество своей продукции, снизить временные, а подчас и финансовые затраты и уверенно сделать шаг в сторону разработок более высокочастотной аппаратуры.
Материал подготовлен Ю. С. Ковалевским
Обычно в рубрике «История успеха» нашего журнала о проекте рассказывают две стороны, роли которых достаточно точно отражают слова «поставщик» и «заказчик». История, о которой речь пойдет сегодня, начиналась с закупки оборудования (поэтому мы не стали менять названия частей статьи), но затем она трансформировалась, фактически, в партнерские отношения. Поволжский дизайн-центр микроэлектроники Самарского государственного технического университета (Самарского политеха) завершает создание программно-аппаратного комплекса (ПАК) для измерения СВЧ-характеристик ферритов, в котором применяются ранее закупленные приборы ООО «Планар», причем поставщик оборудования оказывает активное содействие в разработке комплекса. В скором времени планируется вывод этого решения на рынок, и его продвижением компании будут заниматься также совместно.
Об этом проекте и рассказали нам представители компании «ПЛАНАР» и Поволжского дизайн-центра микроэлектроники, по словам которых, новое решение позволит существенно сократить временные затраты предприятий на испытания новых СВЧ-материалов.
ВЗГЛЯД ПОСТАВЩИКА
Сергей Заостровных, директор ООО «Планар»: Мы начали плотно работать с Самарским политехом в 2023 году, когда Поволжский дизайн-центр микроэлектроники, созданный на базе данного университета, реализовывал проект по оснащению новым оборудованием. Коллеги из Самары обратились к нам с целью закупки ряда наших приборов. Сначала это была, в общем, обычная работа.
Мы поставили оборудование, наши специалисты выполняли пусконаладочные работы, проводили консультации по применению оборудования. Но затем у коллег из дизайн-центра возникла идея по созданию программно-аппаратного комплекса для определения высокочастотных характеристик ферритов с использованием наших приборов. Эта идея нас тоже очень заинтересовала, и совместно с университетом было принято решение
о проведении данной разработки общими силами. Помимо исследовательского интереса, этот проект обладает, на наш взгляд, хорошим коммерческим потенциалом, и мы надеемся, что в дальнейшем мы будем вместе продвигать это решение на рынке.
Андрей Малявкин,
менеджер по работе
с ключевыми клиентами ООО «Планар-Проект»: Действительно, идея коллег из Самарского политеха выглядит очень актуальной, потому что, с одной стороны, в современной аппаратуре во многих сегментах, например в телекоммуникационном, навигационном и т. п., широко применяются ферритовые изделия, а с другой, измерение высокочастотных характеристик данного материала связано с определенными сложностями, которые образуют узкое место в процессах как разработки, так и производства СВЧ-оборудования.
Дело в том, что существующие комплексы, выполняющие эту задачу и построенные на основе соответствующих стандартов, требуют изготовления из исследуемого материала испытательных образцов, представляющих собой кольцо с очень точно выдержанными размерами. Учитывая механические свойства феррита, это весьма непростая задача.
Изготовление такого кольца требует много времени. Теперь представьте себе: предприятие выпускает серийную продукцию, и ему приходит новая партия феррита. Необходимо проверить, что этот материал обладает такими же свойствами, что и феррит
из предыдущей партии, поскольку в противном случае параметры готовых изделий могут измениться и производство просто начнет выпускать брак. Есть два пути: можно рискнуть и продолжить производить продукцию, параллельно проводя измерение характеристик нового феррита, а можно остановить производство и подождать результатов испытаний. Сейчас, с учетом изготовления испытательного образца, процесс определения СВЧ-характеристик материала может длиться несколько дней и даже недель. Поэтому в первом случае производитель рискует изготовить большое количество бракованных изделий, прежде чем он узнает, что феррит обладает иными параметрами, чем ожидалось, а во втором – несет потери, связанные с длительным простоем.
Помимо проверки характеристик материала из различных партий, существует и периодический контроль параметров, который выполняется технологом в процессе производства. Если результаты этого контроля указывают на отклонение тех или иных параметров, техпроцесс должен быть скорректирован. Надо ли говорить, что здесь оперативность получения результатов испытаний играет не менее, а возможно, и более важную роль?
При этом объемы выпуска СВЧ-электроники продолжают расти, поэтому само собой напрашивается вывод, что данные процессы испытаний необходимо оптимизировать. Подход, который предложили коллеги из Самары, позволяет существенно сократить время, необходимое для измерения СВЧ-характеристик ферритов, и благодаря этому намного быстрее принимать решение о годности материала для использования при изготовлении серийной продукции. Для предприятия-производителя это означает в том числе значимое сокращение расходов. Когда сотрудники дизайн-центра Самарского политеха рассказали нам о своей идее, мы кинули клич по всем нашим заказчикам, у которых потенциально могла существовать такая проблема, и оказалось, что она действительно достаточно широко распространена. Таким образом мы получили подтверждение, что работать в этом
направлении нужно.
Разрабатываемый комплекс состоит из наших приборов – рефлектометров серии CABAN, специализированной оснастки – резонатора, который разрабатывает дизайн-центр Самарского политеха, а также ПО, предназначенного для пересчета данных, полученных нашим оборудованием, в параметры, соответствующие стандартной методике испытаний. Также в дизайн-центре работают над другой версией ПАК, в котором вместо рефлектометров используются наши векторные анализаторы цепей. Их применение позволит, в частности, увеличить диапазон частот испытаний.
Следует отметить, что функция рефлектометров и ВАЦ в данном комплексе достаточно типичная для этих приборов, если описывать ее крупными мазками. Методика определения параметров материала – так называемый метод Николсона – Росса – Вейра – хорошо известна специалистам, на эту тему существует множество публикаций. Роль измерительных приборов, фактически, сводится к определению S-параметров, и практически никакой их кастомизации для данного применения не требуется.
Но при более детальном рассмотрении здесь проявляется ряд нюансов, связанных с тем, как увязать выходные данные приборов с математическим аппаратом ПО комплекса с учетом геометрии резонатора. Наша роль в разработке ПАК поэтому в основном заключается в консультировании специалистов самарского дизайн-центра в отношении софта наших приборов, деталей их работы, оптимального использования выдаваемых ими данных и т. п.
Особенности же данного ПАК во многом сосредоточенны именно в резонаторе и продиктованы в том числе необходимостью обеспечить требования ГОСТ, согласно которым измерения осуществляются в диапазоне частот от 8 до 12 ГГц с относительной погрешностью не более ±10-7, при этом измеряемый ферритовый образец (стержень) должен находиться в известном магнитном поле. В связи с этим конструкция резонатора должна не только геометрически соответствовать законам электродинамики, но и быть способной умещаться в достаточно мощном источнике магнитного поля. Коллеги из Самары предложили такую его конструкцию, которая позволяет использовать испытательные образцы не в форме колец, а в форме стержней или пластин. Изготовить такие образцы намного проще, причем в ряде случаев их можно сделать непосредственно из заготовок для ферритовых изделий, которые изготавливаются предприятием. Их подготовка занимает всего несколько часов, а процесс измерения и расчет параметров – несколько минут. Это существенная экономия столь ценного для производителя времени.
Сергей Заостровных: Я бы хотел добавить, что развитие изначальной идеи в совместный проект по созданию востребованного на рынке измерительного комплекса, скорее всего, не случилось бы без взаимной поддержки и конструктивных взаимоотношений, сформировавшихся между нами, как поставщиком и заказчиком оборудования. Атмосфера открытости и готовность коллег из Самарского политеха решать задачи вместе делает достижение результата намного более эффективным. Мы уверены, что благодаря этому мы сможем сделать данный проект успешным не только с технической, но и с коммерческой точки зрения.
Со своей стороны, мы в нашей компании всегда придерживаемся подхода, при котором мы не просто поставляем клиенту приборы, а глубоко погружаемся в задачи заказчика, прорабатываем вместе с ним все детали применения наших решений. Наши специалисты не раз ездили в Самару, чтобы как можно лучше понять, что именно нужно заказчику и как именно применить наши приборы, чтобы проект удалось реализовать наилучшим образом.
Андрей Малявкин: Участие в проекте с самого начала было очень интересным. Первое время идея коллег из Самары казалась несколько амбициозной, но, совместно структурировав работу, мы пришли к решению, которое, уверен, будет иметь определенный спрос. Причем оно может быть востребовано не только при решении производственных задач, но и при подготовке студентов, что очень важно, в особенности учитывая значимость материалов в современной электронике.
Также хочется сказать, что, наблюдая за развитием проекта, мы видели, как разрабатываемая оснастка трансформировалась в направлении эргономичности. На начальном этапе часто некоторые вещи кажутся не столь существенными, но, когда разработчики сами работают с устройством, постепенно проявляются те детали, которые определяют удобство работы с ним. И коллегам из дизайн-центра удалось, постепенно совершенствуя конструктив, сделать его таким, чтобы будущие пользователи комплекса не испытывали сложностей с его использованием и обслуживанием. Я своими глазами видел, как происходила эта трансформация, и это очень здорово! Ведь для производственного персонала очень важно максимально упростить все процессы. Не должно быть никаких сложных операций, где нужно куда-то подлезть, что-то придержать и т. п.
Сейчас уже есть первые запросы на этот комплекс. Собственно, идея его создания и родилась из запроса одного из самарских предприятий. Исходя из своего опыта, могу сказать, что подобные проекты зачастую начинаются от потребностей той или иной организации – как правило, заказчика, просто знакомой компании или той, которая находится близко территориально. Под такой запрос создается прототип. Но многое зависит
от дальнейших шагов, в процессе которых решение становится более универсальным и в итоге происходит переход к серии. На этом этапе о проекте узнают те, кто до того не знал, что на рынке появляются такие решения. Они начинают обращаться со своими запросами, и решение корректируется таким образом, чтобы удовлетворить потребности более широкого круга пользователей. В результате это решение превращается в коммерческий продукт. Мы по такому пути проходили не раз.
Сейчас вместе с коллегами из Самарского политеха мы начинаем рассказывать рынку о разрабатываемом ПАК для измерения СВЧ-параметров материалов, потому что у нас уже есть что показать. В скором времени комплекс можно будет увидеть на выставках, компании смогут увидеть его работу вживую, провести на нем измерения параметров своих образцов.
ВЗГЛЯД ЗАКАЗЧИКА
Александр Нечаев, доцент кафедры «Радиотехнические устройства», заместитель директора Поволжского дизайн-центра микроэлектроники Самарского государственного технического университета: Всё началось с того, что в 2023 году наш университет получил субсидию на оснащение дизайн-центра микроэлектроники, который работает на базе кафедры «Радиотехнические устройства» нашего университета. Исторически наш дизайн-центр занимался различными системами управления и, соответственно, электронной аппаратурой, которая с этим связана. В рамках данной закупки мы сделали акцент на СВЧ-оборудование.
Безусловно, при закупке оборудования мы отдавали приоритет отечественным производителям, но при этом рассматривали широкий спектр вариантов. Российский производитель – это всегда определенная степень спокойствия. Если нужно, например, произвести настройку или что-то скорректировать, скорость реакции отечественной компании намного выше. Не буду скрывать: на наш выбор поставщика повлияли и санкции, ведь сейчас приобрести оборудование известной американской или немецкой компании стало намного сложнее и дороже, чем это было несколько лет назад. Но главная причина того, что мы выбрали оборудование компании «ПЛАНАР», – уровень качества и технической поддержки. Мы сравнивали ее решения с тем, что в данном классе предлагает тот же американский или немецкий производитель, и увидели, что по всем характеристикам приборы компании «ПЛАНАР» не уступают данному оборудованию.
В рамках той закупки мы приобрели векторный анализатор цепей с расширителями частоты, комплект рефлектометров, набор переходников, кабелей – словом, всё, что необходимо для полноценного проведения определенных испытаний в рамках разработок дизайн-центра.
Общаясь с предприятиями отрасли, в определенный момент мы узнали, что на одном из самарских предприятий существует сложность с исследованием электрофизических параметров материалов, в частности ферритов, в области СВЧ. Оказалось, что в европейской части России лаборатории, которые могут это делать, находятся только в Москве и в Санкт-Петербурге. Данное предприятие пользовалось услугами петербургской лаборатории, но из-за ее удаленности, очереди на выполнение испытаний, а также длительности самой процедуры время от отправки образцов до получения результатов исчислялось неделями.
Мы посмотрели, что нужно для проведения таких испытаний, изучили стандарты и поняли, что на основе приобретенного нами оборудования производства компании «Планар» мы можем сделать измерительный комплекс, полностью удовлетворяющий требованиям методик, приведенных в ГОСТах. При этом комплекс мог получиться очень простым с точки зрения его структуры. Так, в ГОСТе по испытаниям ферритов, вступившем в силу
в 2025 году, описывается измерительная система, состоящая из 27 блоков и модулей. Мы же благодаря применению рефлектометров и ВАЦ смогли в итоге сократить состав системы до 6 позиций, причем это оборудование не требует дополнительной настройки и калибровки.
Андрей Малявкин, с которым мы познакомились еще при закупке оборудования для дизайн-центра, в силу своей профессии очень много путешествует по России и хорошо знает потребности предприятий. И когда мы поделились с ним идеей создания такого комплекса, он сказал, что это очень интересно и перспективно. Интересно, что компании часто не озвучивают проблемы, связанные с организацией промежуточного контроля и периодических производственных испытаний, считая это своей внутренней задачей, хотя эта задача может быть достаточно сложной, выходящей за рамки компетенций производственного предприятия. Поэтому мнение Андрея было важным для нас и стало одним из стимулов активно взяться за данную работу.
Изначально мы начали прорабатывать проект со студентами 3-го курса. Это была курсовая двух ребят. Потом другие студенты из группы увидели, что данная работа выполняется на современном оборудовании, что решается реальная производственная задача, и захотели присоединиться к проекту. Так у нас сформировалась команда из восьми человек, включая наших молодых ученых и аспирантов. В проекте было много нового для нас; мы понимали, что сделать комплекс производственного уровня сразу не сможем, поэтому шли по пути проб и ошибок.
В первых прототипах мы активно использовали аддитивные технологии. Например, печатали резонаторы из пластика на 3D-принтере, а затем покрывали их фольгой. СВЧ-энергия, как известно, распространяется по поверхности проводника, поэтому такая конструкция вполне позволяла проверить, как будет работать резонатор соответствующей геометрии, не изготавливая его полностью из металла. После корректировки конструкции на основе первых измерений мы получили очень неплохие результаты.
Во второй половине прошлого года Фонд поддержки технологического предпринимательства Самарской области объявил конкурс студенческих работ. Мы подали заявку на этот конкурс. Нашим индустриальным партнером выступил «Планар». Фонд поддержал нас, и разработка ПО и унифицированных резонаторов с элементами подключения производилась уже в рамках этого проекта. В этом году студенты, работавшие над проектом, на высоком уровне защитили дипломы на его основе.
Это была очень интересная работа для ребят. Было видно, с каким энтузиазмом они ей занимались. Например, поначалу они не могли понять, почему феррит так трудно обрабатывать. Они пошли на предприятие, чтобы увидеть своими глазами цикл производства изделий из этого материала, и вернулись с горящими глазами: «Теперь мы поняли, почему это так непросто и зачем вообще всё это надо». Это сыграло важную роль в том, что при работе над проектом они уделяли большое внимание простоте эксплуатации создаваемого комплекса и его технологичности.
Были и курьезные случаи. Однажды мы работали над получением образцов для проведения контрольных замеров и никак не могли достичь их размеров для соответствия ГОСТу, поскольку требовалась довольно тонкая обработка. К нам зашел профессор с другой кафед-
ры – буквально, мимо проходил. Посмотрел и говорит: «А вы капните водички вот сюда». Мы так и сделали, и всё получилось. Мы смогли изготовить измеряемый образец, снять его параметры и увидели, что программа получения данных работает корректно, но вычисляемый параметр уходит за пределы требуемого диапазона. Стали разбираться. Оказалось, что в одном коэффициенте большой «многоэтажной» формулы была ошибка. Мы ее исправили и получили верные результаты. Так, можно сказать, случайность позволила нам быстро решить эту задачу.
Когда мы заявили, что можем разработать унифицированный комплекс для измерения СВЧ-параметров материалов, нам начали приходить запросы от предприятий – не только из Самарской области. Нас спрашивали, можем ли мы испытать изделия той или иной формы. Тогда мы поняли, что у этого комплекса есть перспективы развития. Сейчас мы знаем, как мы можем расширить этот проект. В этом мы в первую очередь ориентируемся на потребителей, можно сказать, учимся клиентоориентированности у компании «ПЛАНАР», у которой очень качественно строится работа с заказчиками – это я могу подтвердить на основе собственного опыта.
Наверное, здесь стоит немного подробнее рассказать, что именно представляет собой наш ПАК. Сейчас аппаратура для сотовой связи, мобильного и широкополосного Интернета, навигации и т. п. уходит в область всё более высоких частот. Сетью Wi-Fi 5 ГГц уже никого не удивишь. Сейчас разрабатываются более высокочастотные протоколы. Это движение в сторону роста частот предполагает использование новых материалов. Производителю, изготавливающему такой материал или изделие из него, нужно понимать, какие у него параметры в СВЧ-поле. Существуют разные методики изменения этих параметров, но они так или иначе подразумевают изготовление испытательного образца. И конечно, каждый производитель хотел бы, чтобы этот испытательный образец было бы просто изготовить и чтобы он был максимально близок к тому изделию, которое будет в итоге применяться в устройстве.
Мы используем методики, которые с помощью генерации электромагнитного поля на высокой частоте позволяют оценить степень потерь в материале. Для этого нужен достаточно точный и стабильный генератор. В нашей системе – это один из рефлектометров,
но в дальнейшем мы планируем использовать также выходной канал ВАЦ. Сигнал генератора поступает в резонатор, в котором находится образец исследуемого материала. Разрабатывая резонатор, мы предположили, что наиболее удобной для потребителя формой образца будет пластина или стержень. Исходя из этого предположения, на основе математических моделей мы создали конструкцию резонатора, которая может работать с такими образцами, причем стержни могут быть различного диаметра.
В резонаторе электромагнитное поле поглощается образцом – на разных частотах по-разному. Затем сигнал из резонатора поступает на чувствительный приемник.
В нашем комплексе его роль играет второй рефлектометр, а в перспективе им будет входной канал ВАЦ. Исходя из характеристик входного и выходного сигналов измерительный прибор определяет зависимость S-параметров от частоты, на основе которой уже наше ПО рассчитывает по определенной методике, скорректированной нами, параметры материала.
Для пользователя это выглядит следующим образом. Он включает комплекс, нажимает кнопку, получает параметры сигнала без образца в резонаторе. Затем берет образец, кладет его в резонатор и снова нажимает кнопку. После этого ждет 5–7 с и получает отчет по СВЧ-параметрам материала. Если нужно исследовать другой материал, он просто вынимает из резонатора предыдущий образец, кладет новый и, нажав кнопку, получает результат.
На данный момент мы сделали установку на базе рефлектометров CABAN, которая выполняет измерения в диапазоне до 18 ГГц. У нас уже был запрос по поводу измерений на более высоких частотах, поэтому в следующих версиях ПАК мы будем ориентироваться на применение векторного анализатора цепей, который позволяет работать с частотами до 20 ГГц, а использование расширителей, которые также предоставил нам «Планар»,
позволяет еще более увеличить диапазон частот при измерениях. Применение ВАЦ также увеличит и точность измерений.
В качестве базы для нашего комплекса мы взяли оборудование компании «ПЛАНАР» еще и по той причине, что оно есть в наличии на многих российских производствах, и если такое предприятие захочет организовать у себя измерение СВЧ-параметров ферритов или диэлектриков по нашей методике, то мы сможем быстро и без лишних затрат построить для него измерительную систему с использованием уже имеющихся приборов.
Одной из ключевых составляющих ПАК является программное обеспечение, рассчитывающее интересующие пользователя параметры, такие как диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь, на основе данных, выдаваемых измерительным оборудованием. Это ПО разрабатываем мы сами. Но я считаю, что справедливо было бы назвать его нашим совместным продуктом с компанией «ПЛАНАР», потому что без софта,
который идет в комплекте с рефлектометрами и ВАЦ, мы не смогли бы сделать свою часть ПО. Данный софт предоставляет очень удобный интерфейс, а объем выдаваемой им информации более чем достаточен, чтобы мы могли выполнять все необходимые вычисления.
Автоматизация измерений и ПО обработки данных вносят свой вклад в сокращение времени, необходимого для проведения испытаний. Но основные временные затраты при определении СВЧ-параметров материалов связаны с изготовлением испытательных образцов. Любая методика жестко привязана к их форме, а обработка феррита – сложный процесс, поэтому очень важно использовать такую методику, в которой форма образца максимально простая. В большинстве методик применяются ферритовые кольца, а кольцо имеет несколько геометрических параметров: высоту, внешний и внутренний диаметр. И все эти размеры нужно выполнить очень точно. Как я уже говорил, в нашей методике применяются образцы более простой формы – пластины и стержни. Изготовить их значительно проще. Мы даже сами сделали станок из доступных и широко используемых средств, на котором примерно за 3,5 ч смогли изготовить из производственной заготовки образец для испытаний. Учитывая, что наш станок не такой производительный, как оборудование, имеющееся на реальных производствах, можно смело утверждать, что у заказчиков на подготовку образцов будут уходить считанные часы и технолог сможет получать результаты испытаний материалов в пределах рабочего дня. Это очень большая экономия времени, учитывая, что сейчас этот процесс для многих предприятий занимает несколько недель.
Кроме решения производственных задач, в рамках реализации проекта ставилась цель создания инструмента, удобного для использования начинающему специалисту. Другими словами, продукт должен быть удобен студентам, аспирантам и специалистам, проходящим курсы повышения квалификации или переподготовки в таких областях как приборостроение, электроника и микроэлектроника, радиотехника, материаловедение и др.
Сейчас с точки зрения техники проект находится на завершающей стадии. Мы ждем комплект образцов материалов с проверенными в лабораториях параметрами, чтобы произвести измерения на нашем ПАК и внести последние корректировки в программное обеспечение. Параллельно у нас идет процесс согласования отдельных характеристик и стоимости комплекса с потенциальными заказчиками, которые уже проявили заинтересованность в его закупке. Когда эти этапы будут завершены, мы совместно с компанией «ПЛАНАР» начнем более широко продвигать это решение как коммерческий продукт.
Мы видим хорошие рыночные перспективы у этого решения и уверены, что оно послужит многим предприятиям в том, чтобы повысить качество своей продукции, снизить временные, а подчас и финансовые затраты и уверенно сделать шаг в сторону разработок более высокочастотной аппаратуры.
Материал подготовлен Ю. С. Ковалевским
Отзывы читателей
