CC BY
45
Contribution of the authors: Jennet I. Magomedova: collection and processing of materials, preparation of the initial version of the text. Airapet G. Simonyan: critical analysis of materials; formulated conclusions. Mikhail A. Smychek: managed the research project, analysing and supplementing the text.
All authors have read and approved the final manuscript.
05.13.06
УДК 621.372.413
ОПЕРАТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ ДИЭЛЕКТРИКА ЛАМИНИРОВАННЫХ ПЛАСТИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
© 2018
Юрий Георгиевич Белов, доктор технических наук, профессор кафедры «Физика и техника оптической связи» Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева, Нижний Новгород (Россия)
Владимир Валерьевич Бирюков, доктор технических наук, профессор кафедры «Физика и техника оптической связи» Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева, Нижний Новгород (Россия)
Игорь Александрович Егоров, магистр, старший инженер АО «Научно-производственное предприятие «Полёт», Нижний Новгород (Россия)
Аннотация
Введение: в радиоэлектронике СВЧ применяются ламинаты - покрытые с одной или двух сторон медной фольгой диэлектрики, параметры которых, в первую очередь относительная диэлектрическая проницаемость 8г и тангенс угла диэлектрических потерь tg5, определяют характеристики радиоэлектронных устройств (РЭА). Рассмотрено влияние на эти характеристики величин 8г и tg5.
Материалы и методы: рассмотрены методы измерения параметров диэлектрика (8г и tg5) ламинированных пластин. Значительный интерес представляют «неразрушающие» методы, не требующие удаления фольги с поверхности диэлектрика и пригодные для оперативного контроля параметров диэлектрика с использованием современных измерительных приборов. Наиболее перспективным является метод «целого листа», основанный на возбуждении в ламинированной диэлектрической пластине, рассматриваемой как резонатор, электромагнитных колебаний, измерении их резонансных частот, по значениям которых определяется 8г. Однако остается открытым вопрос о возможности использования этого метода для контроля ^5 ввиду сложности учета потерь на излучение со стороны неметаллизированных торцов пластины. Для оценки возможности применения метода «целого листа» для контроля не только 8г, но и tg5 диэлектрика пластин, были проведены эксперименты с пластинами из известных материалов. Описана экспериментальная установка на основе автоматизированного измерителя цепей, приведены расчетные соотношения, лежащие в основе алгоритма обработки результатов измерений.
Результаты: представлены результаты измерений в диапазоне частот 200 ... 1 000 МГц для четырех образцов из различных диэлектриков. Описаны методика измерений, алгоритм обработки их результатов. Представленные результаты находятся в хорошем соответствии со справочными данными на материалы. Заключение: исследования показали возможность применения метода «целого листа» при экспериментальном определении 8г и tg5 диэлектрика фольгированных пластин. Разработанная установка может быть рекомендована для входного контроля параметров ламинатов, предназначенных для изготовления микросхем ОВЧ- и УВЧ-диапазонов.
Ключевые слова: автоматизированная измерительная установка, добротность, неразрушающий метод контроля, относительная диэлектрическая проницаемость, параметры диэлектрика, резонансная частота, тангенс угла диэлектрических потерь, фольгированная диэлектрическая пластина.
Для цитирования: Белов Ю. Г., Бирюков В. В., Егоров И. А. Оперативный контроль параметров диэлектрика ламинированных пластин с использованием автоматизированной измерительной установки // Вестник НГИЭИ. 2018. № 8 (87). С. 15-24.
OPERATIONAL CONTROL PARAMETERS OF THE DIELECTRIC LAMINATED PLATES USING AN AUTOMATED MEASUREMENT SYSTEM
© 2018
Yuri Georgievich Belov, Dr. Sci. (Engineering), professor of the chair «Physics and Technology of Optical Communication»
Nizhny Novgorod State Technical University n. a. R. E. Alekseev, Nizhny Novgorod (Russia) Vladimdr Valerevich Biryukov, Dr. Sci. (Engineering), professor of the chair «Physics and Technology of Optical Communication» Nizhny Novgorod State Technical University n. a. R. E. Alekseev, Nizhny Novgorod (Russia)
Igor Alexandrovich Yegorov, engineer AO NPP «Polyot», Nizhny Novgorod (Russia)
Abstract
Introduction: in radio electronics microwave laminates are used - covered with one or two sides of the copper foil dielectrics, the parameters of which, primarily the relative permittivity sr and the dielectric loss tangent tg5, determine the characteristics of electronic devices (CEA). The influence on these characteristics variables sr and tg5 Materials and Methods: the methods of measuring the dielectric parameters (sr and tg5) of laminated plates are considered. Of great interest are the «non-destructive» methods that do not require removal of the foil from the dielectric surface and are suitable for operational control of the dielectric parameters using modern measuring instruments. The most promising is the method of «whole sheet», based on the excitation in a laminated dielectric plate, considered as a resonator, electromagnetic oscillations, measuring their resonance frequencies, the values of which are determined by the sr. However, the possibility of using this method to control the tg5 remains open due to the complexity of accounting for radiation losses from the non-metalized ends of the plate. To assess the possibility of using the «whole sheet» method to control not only the sr, but also the tg5 of the dielectric of the plates, experiments with plates made of known materials were carried out. An experimental setup based on an automated circuit meter is described, and the calculated relations underlying the algorithm of measurement results processing are given
Conclusion: studies have shown the possibility of using the method of «whole sheet» with «magnetic walls» at the ends with an indirect experimental determination of sr and tg5 dielectric of foil plates. The developed installation can be recommended for input control of the parameters of laminates intended for the manufacture of chips of VHF and UHF bands.
Key words: automated measurement setup, quality, non-destructive inspection method, the relative permittivity, dielectric parameters, the resonant frequency, the tangent of dielectric loss angle, foil-coated dielectric plate.
For citation: Belov Yu. G., Biryukov V. V., Yegorov I. A. Operational control parameters of the dielectric laminated plates using an automated measurement system // Bulletin NGIEI. 2018. № 8 (87). P. 15-24.
Введение
Для изготовления плат и микросхем СВЧ применяются ламинаты - диэлектрические пластины, покрытые медной фольгой с одной (рис. 1, а) или двух сторон (рис. 1, б). Выпускаются также односторонние фольгированные ламинаты на толстом металлическом основании (рис. 1, в). Вместо термина «ламинат» используются: «фольгированный диэлектрик», «электроизоляционный фольгирован-ный материал», «базовый материал» и др. Согласно №^^50, под определение «ламинат» попадает «изделие, полученное склеиванием двух или более слоев материала» [1].
Поскольку диэлектрик составляет большую часть платы, то его свойства и совместимость с современными процессами производства печатных
плат определяют возможность изготовления прецизионных устройств и их стоимость [2; 3; 4]. На предприятиях, связанных с производством радиоэлектронной аппаратуры, особое внимание уделяется входному контролю ламинатов, позволяющему выявить отклонение параметров диэлектрика от заявленных производителем номинальных значений. В частности, это касается относительной диэлектрической проницаемости 8г и тангенса угла диэлектрических потерь tg5. Величина 8г, характеризующая изоляционные свойства диэлектрика. Скорость распространения сигнала в диэлектрике (и, соответственно, длина волны) обратно пропорциональна . Поэтому материалы с высокой 8г позволяют уменьшить размеры печатной платы, используемой в диапазоне высоких частот. Это осо-
бенно важно для печатных плат, эксплуатируемых на частотах более 30 ГГц. С другой стороны, материалы с более низкой 8г обеспечивают лучшую изоляцию и меньший уровень вносимых потерь.
Тангенс угла диэлектрических потерь характеризует рассеиваемую мощность устройства, определяемую потерями в диэлектрике. Низкие значения tg5 обеспечивают уменьшение вносимых потерь в пассивных схемах и оптимизацию усиле-
ния в активных, уменьшение нагрева диэлектрика в мощных схемах, большую добротность в резонансных устройствах. Точное и достоверное знание параметров 8г и tg5 необходимо [5; 6; 7] при проектировании и производстве устройств на печатных платах. В наибольшей степени это относится к параметру 8г, т. к. его величина определяет возможность работы устройства в заданном частотном диапазоне.
Рис. 1. Типы ламинатов, применяемых для изготовления печатных плат и микросхем СВЧ: с односторонней металлизацией (а), с двухсторонней (б), на толстом металлическом основании (в) Fig. 1. Types of laminates used for the manufacture of printed circuit boards and microwave chips: single-sided metallization (a), double-sided (б), on a thick metal base (в)
Материалы и методы
Большинство современных методов, позволяющих определить значения 8г и tg5, являются «разрушающими» [8; 9; 10; 11; 12; 13], т. е. перед измерением с образца необходимо удалить металлический слой. В работах [10; 11; 12; 13] описана резонансная ячейка, состоящая из двух половинок резонатора, между торцами которых зажимается пластина из исследуемого материала. При этом не требуется изготовление образца специальной формы, т. к. пластина может выходить за пределы резонатора. Данный метод лежит в основе одного из стандартов РФ [14].
Следует отметить, что указанные методы обеспечивают высокую точность при измерении параметров диэлектрика, но их затруднительно использовать при входном контроле параметров пластин. Кроме того «разрушающие» методы усложняют процесс предъявления рекламаций фирмам-производителям. Для упрощения процедуры предъявления рекламаций целесообразно применять «не-разрушающие» методы контроля. Наиболее простым из них является метод, применяющийся на сравнительно низких частотах. Он основан на рассмотрении металлизированной диэлектрической пластины как плоского конденсатора, измерении его емкости и последующего вычисления 8г.
Значительный интерес представляет так называемый метод «целого листа» [15], являющийся так же, как и описанный выше, «неразрушающим». Он основан на рассмотрении металлизированной пластины в качестве резонатора и возбуждении в нем
электромагнитных колебаний, измерении их резонансных частот и последующем вычислении 8г из результатов измерения. Данный метод широко применяется для контроля параметров металлизированных пластин, предназначенных для изготовления схем ОВЧ- и УВЧ-диапазонов, и стандартизирован в США как IPC-TM-650-2.5.5.6 [16]. В примечаниях к стандарту указано, что данный метод не рекомендуется применять для определения tg5 диэлектрика по измеренному значению добротности колебаний из-за отсутствия возможности учесть потери на излучение со стороны неметаллизирован-ных торцов пластины (предполагается, что эти потери могут быть значительными).
В работе [17] был проведен математический анализ расчетных соотношений, применяемых в стандарте [16] для определения 8г по результатам измерений. Показано, что в основе этих расчетных соотношений лежит использование на поверхности торцов пластины (рис. 2) граничного условия, соответствующего «магнитной стенке» [18], с использованием которого в работе [17] получено выражение для резонансных частот колебаний в пластине:
/рез 2п
п N L
п M
(1)
где с - скорость света в свободном пространстве; L и W- соответственно, длина и ширина пластины; N = 0,1,2, ...; M = 1,2,3,. - число полуволновых ос-цилляций поля вдоль указанных сторон пластины (индексы колебания).
2
2
+
£
r
1
Q+ Q
(2)
Рис. 2. Металлизированная диэлектрическая пластина Fig. 2. Metalized dielectric plate
Расчет добротности резонатора Q0 производился в [17] методом возмущений с учетом потерь как в диэлектрике пластины, так и верхнем и нижнем и слоях металлизации (S1 и S2 на рис. 2). Выражение для добротности имеет вид: J_
Q0 .д
где Qд = 1/ tg5 - составляющая добротности резонатора, обусловленная потерями в диэлектрике;
QM = ndJÜüfjC (3)
- составляющая добротности, обусловленная потерями в металле. В (4) обозначено: d — толщина пластины; о — проводимость металла.
Формула (1) позволяет определить относительную диэлектрическую проницаемость материала пластины sr по измеренному значению резонанс-
с- fM, N
ной частоты колебания /р,
nN
L
рез 2
+
пМ
W
2
(4)
\2П/р ез /с)
а формула (2) - определить tg5 диэлектрика пластины по измеренному значению добротности Q0 этого колебания:
tg8 = -L —L.
g Qo Ом
(5)
Ламинированные пластины, используемые на практике, имеют достаточно малую толщину, что позволяет предположить при сравнительно невысоких рабочих частотах малый уровень излучения со стороны торцов пластины. Авторами данной статьи были проведены эксперименты по определению 8г и tg5 различных ламинированных пластин из известных материалов с целью, во-первых, показать воз-
можность применения методики [15; 16; 17] для определения не только 8г , но и tg5 материалов пластин, во-вторых, предложить конструкцию измерительной установки, пригодной для оперативного контроля параметров диэлектрика пластин, разработать удобную для практики методику измерений.
Для проведения измерений ламинированная пластина закреплялась на металлическом основании, на котором были размещены штыревые элементы возбуждения, связанные с коаксиальными разъемами. Конструкция основания с узлом возбуждения показана на рисунке 3. При закреплении пластины на металлическом основании обеспечивается электрический контакт с ним нижнего слоя металлизации.
Рис. З. Металлическое основание с узлом возбуждения Fig. 3. Metal base with excitation node
Измерение резонансных частот и добротности колебаний производилось с использованием векторного анализатора цепей Agilent Technologies E5062A по схеме «на проход» (рис. 4). Благодаря высокой чувствительности этого прибора, измерения производились при возможной малой связи резонатора (металлизированной пластины) с измерительной цепью, т. е. при максимально большом удалении штыревых возбудителей от торцов пластины. Это позволило максимально снизить влияние элементов связи на измеряемую добротность колебаний и считать эту добротность близкой к собственной: Q^ = Q0. Функциональные возможности анализатора цепей Agilent Technologies E5062A позволяют максимально упростить процесс выделения нужного типа колебаний, определения его резонансной частоты и добротности, открывают пути для автоматизации отдельных этапов измерений.
2
Рис. 4. Измерительная установка: 1 - векторный анализатор цепей; 2 - металлическое основание с исследуемым образцом; 3 - входной и выходной элементы связи Fig. 4. Measuring unit: 1- vector network analyzer; 2 - metal base with the sample; 3 - input and output communication elements
Результаты
Измерения производились для четырех образцов металлизированных пластин из различных диэлектриков в диапазоне частот 200 . . . 1 000 МГц. Размеры образцов и материалы диэлектриков указаны в таблице 1. Для примера на рисунке 5 показано для образца № 1 семейство резонансных кривых, соответствующих разным типам колебаний в этом образце, а на рисунке 6 - выделенная резонансная
кривая одного из колебаний, по которой определялась добротность резонатора:
0изм
f ез 2Äf'
(6)
где /рез - резонансная частота, 2Д/ - ширина полосы пропускания резонатора на уровне - 3дБ. Измеренные значения резонансных частот представлены в таблице 1.
Рис. 5. Семейство резонансных кривых для образца № 1 Fig. 5. Family of resonance curves for sample № 1
Идентификация типа колебания (определение индексов M и N производилась путем перемещения локального короткозамыкателя (в виде узкой полоски фольги) вдоль краев пластины. При попадании короткозамыкателя в пучность электрического поля добротность колебания резко падает, что фиксируется по уменьшению высоты резонансной кривой на экране измерителя. Количество пучностей N на стороне с размером L определяет индекс N=N^1, а количество M, - на стороне с размером W - индекс -1. Если при перемещении короткозамы-
Рис. 6. Резонансная кривая при fpe3 = 794,65 МГц
для образца № 1 Fig. 6. The resonance curve forf,^ = 794,65 MHz for sample № 1
кателя вдоль края пластины высота резонансной кривой не изменяется, то индекс колебания по соответствующей стороне равен нулю.
Для уверенной фиксации резонансной кривой некоторого колебания и точного измерения его резонансной частоты и добротности необходимо, чтобы соседние колебания были отстроены по частоте не менее чем на 10 % от выбранного. В противном случае из-за наложения резонансных кривых характеристики исследуемого колебания будут измерены со значительной погрешностью. Такой результат
измерений нецелесообразно использовать для дальнейшей обработки и необходимо исключить.
Для определения sr и tgS данные, полученные экспериментально, подставлялись в формулы (4) и (5). При этом предполагалось, что QU3M = Q0. При
Таблица 1. Результаты измерений Table 1. Measurement results
вычислении Qм по формуле (3) использовалось [19] значение проводимости медной фольги
о = 5,7-10
См
. Результаты расчетов приведены в
таблице 1.
Наименование образца / Name of samples /0, МГц Qo Размер Sam ы образца, мм/ ple size, mm Индексы колебаний / Resonance indices N, M Sr TgS
L W d
199,47 135,7 1 0 10,39 0,0037
398,14 157,8 2 0 10,44 0,0037
597,29 197,9 233,2 90,5 1,27 3 0 10,43 0,0029
794,63 203,8 4 0 10,48 0,0031
993,78 204,7 5 0 10,47 0,0032
199,01 130,2 1 0 10,46 0,004
397,84 152,8 2 0 10,47 0,0039
598,46 196,1 233 89,8 1,27 3 0 10,41 0,0029
795,97 197,1 4 0 10,47 0,0032
995,13 202,5 5 0 10,46 0,0033
213,05 138,1 1 0 9,08 0,0054
427,13 150,9 233,6 91,1 1,2 2 0 9,04 0,0041
640,85 188,8 3 0 9,04 0,0032
854,76 180,3 4 0 9,03 0,0038
315,86 39,1 1 0 4,19 0,024
635,59 39,3 232 64 2,05 2 0 4,13 0,024
950,82 38,5 3 0 4,16 0,025
Arlon (Образец № 1/ Sample № 1)
Arlon (Образец № 2/ Sample № 2)
Флан (Образец № 3/ Sample № 3)
Стеклотестолит (Образец № 4/ Sample № 4)
Таблица 2. Сравнение полученных результатов со значениями, заявленными производителями Table 2. Comparison of the results with the values declared by the manufacturers
Измеренные значения/Measured value Номинальные значения/Nominal value
Sr ср. tgS ср Sr tgS
Arlon AD1000 (Образец № 1/ Sample № 1) Arlon AD1000 (Образец № 2/ Sample № 2)
Флан 10 (Образец № 3/ Sample № 3) Стеклотекстолит FR4 (Образец № 4/ Sample №. 4)
10,442
10,454
9,046
4,16
0,00332
0,00346
0,00413
0,0243
10,6±0,35
10,6±0,35
10±0,
4.5(<5.5)
0,0023
0,0023
0,0045
0.017(<0.035)
Обсуждение
В таблице 2 приведено сравнение результатов измерений (усредненные данные табл. 1) с номинальными значениями параметров материалов, т. е. значениями, заявленными производителями [3; 20; 21]. Как и следовало ожидать, параметр ег определяется с вы-
сокой точностью. Значения tg5 для образцов № 3 и 4 находятся в хорошем соответствии с номинальными, а для образцов № 1 и 2 различие составляет около 50 %. Однако следует указать, что такая погрешность при определении tg5 считается допустимой, т. к. на величину добротности значительное влияние оказы-
м
вают факторы, трудно поддающиеся учету (наличие клеевого слоя между диэлектриком и фольгой, отличие проводимости медной фольги от справочного значения и др.).
Заключение
Проведенные исследования показали возможность расширения границ применимости метода «целого листа» [15; 16] и создания на его принципах установки для оперативного контроля параметров диэлектрика фольгированных пластин. Этот метод, в основе расчетных соотношений которого лежит электродинамическая модель резонатора с «магнитными» стенками на торцах, обеспечивает достаточно высокую точность определения относительной диэлектрической проницаемости материала пластины, что обусловило использование его (метода) на практике для пластин, предназначенных для изготовления микросхем ОВЧ- и УВЧ-диапазонов (в этих частотных диапазонах толщина пластины мала по сравнению с рабочей длиной волны). Исследования, результаты которых представлены в настоящей работе, позволяют сделать вывод, что этот метод
может быть рекомендован также и для контроля тангенса угла диэлектрических потерь материала пластины. Применение в составе измерительной установки современного измерителя цепей позволяет максимально упростить наиболее сложные измерительные операции такие, как определение резонансной частоты и ширины полосы пропускания резонатора, а также при использовании компьютера в качестве управляющего устройства открывает возможности для автоматизации этих операций. Последнее помимо повышения оперативности измерительного процесса позволит снизить погрешности измерений, обусловленные «человеческим фактором». За оператором остаются лишь операции установки пластины на металлическое основание, выбора колебания и идентификация его типа.
Достоинством применяемого метода измерений является простота расчетных соотношений, используемых для определения параметров диэлектрика по результатам измерений, что позволяет реализовать алгоритм обработки этих результатов в среде БХБЬ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. StudyLib [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://studylib.net/doc/9413814/ipc-t-50-terms-and-definitions (дата обращения 20 ноября 2017г.)
2. Борисова Л., Шестаков А., Тарасов А. Фольгированные материалы для изготовления печатных плат // Электронные компоненты. 2001. № 5. С. 51-54.
3. Медведев А., Можаров В., Мылов Г. Печатные платы. Современное состояние базовых материалов / // Печатный монтаж. 2011. № 5. С. 148-162.
4. Богданов Ю., Кочемасов В., Хасьянова Е. Фольгированные диэлектрики - как выбрать оптимальный вариант для печатных плат ВЧ/СВЧ-диапазонов. Часть 1 // Печатный монтаж. 2013. № 2. С. 156-168.
5. Бахарев С. И., Вольман В. И., ЛибЮ. Н. и др. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полос-ковых устройств. М. : Радио и связь, 1982. 328 с.
6. Данилов В. С. Микроэлектроника СВЧ. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2007. 292 с.
7. Иларионов Ю. А., Раевский А. С., Раевский С. Б., Седаков А. Ю. Устройства СВЧ- и КВЧ-диапазонов. Методы расчета. Алгоритмы. Технологии изготовления. 2013. 752 с.
8. Брандт, А. А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. М. : Физматгиз, 1963. 403 с.
9. Зайцев А. Н., Иващенко П. А., Мыльников А. В. Измерения на сверхвысоких частотах и их метрологическое обеспечение. М. : Изд-во стандартов, 1989. 240 с.
10. Егоров В. Н. Резонансные методы исследования диэлектриков на СВЧ (обзор) // Приборы и техника эксперимента. 2007. № 2 С. 5-38.
11. Kent G. An evanescent - mode tester for ceramic dielectric substrates // IEEE Trans. MTT, V. 36. 1988. № 10. P.1451-1454.
12. Kent G. Nondestructive permittivity measurement of substrates // IEEE Trans. Instrum. Meas., V. 45. 1996. № 2. P.102-106.
13. Janezic M. D., Baker-Jarvis J. Full-wave analysis a split cylinder resonator for nondestructive permittivity measurements // IEEE Trans. MTT. V. 47. 1999. № 10. P. 2014-2020.
14. ГОСТ Р 8.623 - 2006. ГСИ. Относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь твердых диэлектриков. Методики выполнения измерений в диапазоне сверхвысоких частот.
15. Conrood J. Methods for characterizing the dielectric constant of microwave PCB laminates // Microwave Journal. 2011. № 5. P. 132-144.
16. IPC - Associations connecting electronics industries [Электронный ресурс]. Режим доступа: httphttp://ipc.org/TM/2.5.5.6.pdf (дата обращения 16 декабря 2017 г.).
17. Белов Ю. Г., Ворошилов Б. И., Малахов В. А., Нефедьев И. А. Исследование электромагнитных колебаний в резонаторе, образованном диэлектрической пластиной с двухсторонней металлизацией // Труды НГТУ. 2015. № 1. С. 35-41.
18. Никольский В. В. Электродинамика и распространение радиоволн. М. : Гл. ред. физ.-мат. лит-ры изд-ва «Наука», 1973. 607 с.
19. Малорацкий Л. Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. М. : Изд-во «Советское радио». 1976. 216 с.
20. НТО «АЛЬВИС» - Производство капролона различных марок и любых форм [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.kaprolon-alvis.ru/info/electro.html (дата обращения 25 января 2018 г.).
21. ООО «БРАФИ» - изготовление деталей из пластиков. Фрезерование. Раскрой. Сверловка. Токарная обработка. Нанесение лаков и эмалей. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.brafi.ru/ru/production/flan/ (дата обращения 23 января 2018 г.).
Дата поступления статьи в редакцию 21.05.2018, принята к публикации 15.06.2018.
Информация об авторах: Юрий Георгиевич Белов, доктор технических наук, профессор кафедры «Физика и техника оптической связи» Адрес: НГТУ им. Р. Е. Алексеева, Россия, Нижний Новгород, ул. Минина, 24 E-mail: bel280@mail.ru Spin-code: 7161-8890
Владимир Валерьевич Бирюков, доктор технических наук,
профессор кафедры «Физика и техника оптической связи»
Адрес: НГТУ им. Р. Е. Алексеева, Россия, Нижний Новгород, ул. Минина, 24
E-mail: birukovvv@mail.ru
Spin-code: 4001-1185
Игорь Александрович Егоров, магистр, старший инженер
Адрес: АО «Научно-производственное предприятие «Полёт», Россия, Нижний Новгород,
пл. Комсомольская, 1
E-mail: yegorov_igor1993@mail.ru
Заявленный вклад авторов: Белов Юрий Георгиевич: общее руководство проектом, анализ и редактирование текста статьи. Бирюков Владимир Валерьевич: проведение экспериментальных исследований.
Егоров Игорь Александрович: проведение экспериментальных исследований, сбор и обработка результатов, подготовка первоначальной версии статьи.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
REFERENCES
1. StudyLib [Elektronniy resurs]. Available at: http://studylib.net/doc/9413814/ipc-t-50-terms-and-definitions (accessed 20.11.2017.)
2. Borisova L., Shestakov A., Tarasov A., Folgirovannye materialy dlya izgotovleniya pechatnyh plat [Foil materials for printed circuit boards], Elektronnye komponenty [Electronic component], 2001, No. 5, pp. 51-54.
3. Medvedev A., Mozharov V., Mylov G., Pechatnye platy. Sovremennoe sostoyanie bazovyh materialov [Printed circuit boards. The current state of the basic materials], Pechatnyj montazh [Printed wiring], 2011, No. 5, pp.148-162.
4. Bogdanov Yu., Kochemasov V., Hasyanova E., Folgirovannye diehlektriki - kak vybrat optimalnyj variant dlya pechatnyh plat VCH/SVCH-diapazonov. Chast 1 [Foiled dielectrics-how to choose the best option for high-frequency/microwave circuit boards. Part 1], Pechatnyj montazh [Printed wiring], 2013, No. 2, pp. 156-168.
5. Baharev S. I., Vol'man V. I., Lib Yu. N., Spravochnik po raschetu i konstruirovaniyu SVCH poloskovyh us-trojstv [Reference calculation and design of microwave stripline devices], Moscow: Radio i svyaz, 1982, 328 p.
6. Danilov V.S. Mikroehlektronika SVCH [Microwave microelectronics], Novosibirsk: NGTU, 2007, 292 p.
7. Ilarionov Yu. A., Raevskij A. S., Raevskij S. B., Sedakov A. Yu., Ustrojstva SVCH- i KVCH-diapazonov. Metody rascheta. Algoritmy. Tekhnologii izgotovleniya [Devices of microwave and HF bands. Calculation method. Algorithms. Manufacturing technology], Moscow: Radiotekhnika, 2013, 752 p.
8. Brandt A. A. Issledovanie diehlektrikov na sverhvysokih chastotah [Study of dielectrics at ultra-high frequencies], Moscow: Fizmatgiz, 1963, 403 p.
9. Zajcev A. N., Ivashchenko P. A., Mylnikov A. V. Izmereniya na sverhvysokih chastotah i ih metrologi-cheskoe obespechenie [Measurements at ultrahigh frequencies and their metrological support], Moscow: Izd-vo stan-dartov, 1989, 240 p.
10. Egorov V. N. Rezonansnye metody issledovaniya diehlektrikov na SVCH (obzor) [Resonance methods of research of dielectrics at microwave frequencies (review)], Pribory i tekhnika ehksperimenta [Experimental devices and equipment], 2007, No. 2, pp. 5-38.
11. Kent G. An evanescent - mode tester for ceramic dielectric substrates, IEEE Trans. MTT, Vol. 36, 1988, No. 10, pp. 1451-1454.
12. Kent G., Nondestructive permittivity measurement of substrates, IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol. 45, 1996, No. 2, pp. 102-106.
13. Janezic M. D., Baker-Jarvis J. Full-wave analysis a split cylinder resonator for nondestructive permittivity measurements, IEEE Trans. MTT, Vol. 47, 1999, No. 10, pp. 2014-2020.
14. GOST R 8.623 - 2006. GSI. Otnositelnaya diehlektricheskaya pronicaemost i tangens ugla diehlektricheskih poter tverdyh diehlektrikov. Metodiki vypolneniya izmerenij v diapazone sverhvysokih chastot [GSE. Relative permittivity and dielectric loss tangent of solid dielectrics. Methods of measurements in the range of ultra-high frequencies].
15. Conrood J., Methods for characterizing the dielectric constant of microwave PCB laminates, Microwave Journal, 2011, No. 5, pp. 132-144.
16. IPC - Associations connecting electronics industries [Elektronniy resurs]. Available at: httphttp://ipc.org/TM/2.5.5.6.pdf (accessed 16.12.2017)
17. Belov Yu. G., Voroshilov B. I., Malahov V. A., Nefedev I. A., Issledovanie ehlektromagnitnyh kolebanij v rezonatore, obrazovannom diehlektricheskoj plastinoj s dvuhstoronnej metallizaciej [Study of electromagnetic oscillations in the resonator formed by a dielectric plate with double-sided metallization], Trudy NGTU [Proceedings NGTU], 2015, No. 1, pp. 35-41.
18. Nikolskij V. V., Elektrodinamika i rasprostranenie radiovoln [Electrodynamics and propagation of radio waves], Moscow: Nauka, 1973, 607 p.
19. Malorackij L. G., Mikrominiatyurizaciya ehlementov i ustrojstv SVCH [Microminiaturization of microwave elements and devices], Sovetskoe radio, 1976, 216 p.
20. NTO «ALVIS» - Proizvodstvo kaprolona razlichnyh marok i lyubyh form [Elektronniy resurs]. http://www.kaprolon-alvis.ru/info/electro.html (accessed 25.01.2018).
21. OOO «BRAFI» - izgotovlenie detalej iz plastikov. Frezerovanie. Raskroj. Sverlovka. Tokarnaya obrabotka. Nanesenie lakov i ehmalej [Elektronniy resurs]. Available at: http://www.brafi.ru/ru/production/flan/ (accessed 23.01.2018).
Submitted 21.05.2018, revised 15.06.2018.
About the authors
Yuri G. Belov, Dr. Sci. (Engineering), professor of the chair «Physics and Technology of Optical Communication» Adress: Nizhny Novgorod State Technical University n. a. R. E. Alekseev, Russia, Nizhny Novgorod, Minin Str., 24 E-mail: bel280@mail.ru Spin-code: 7161-8890
Vladimdr V. Biryukov, Dr. Sci. (Engineering),
professor of the chair «Physics and Technology of Optical Communication»
Adress: Nizhny Novgorod State Technical University n. a. R. E. Alekseev, Russia, Nizhny Novgorod, Minin Str., 24 E-mail: birukovvv@mail.ru Spin-code: 4001-1185
Igor A. Yegorov, engineer of AO «NPP "Polyot"» Adress: Russia, Nizhny Novgorod, Komsomolskaya square, 1 E-mail: yegorov_igor1993@mail.ru
Contribution of the authors: Yuri G. Belov: general project management, analysis and editing of the article text. Vladimdr V. Biryukov: experimental studies.
Igor A. Yegorov: experimental studies, collection and processing of results, preparation of the initial version of the article.
All authors have read and approved the final manuscript. 05.13.01
УДК 004.051:004.415.2
ПОКАЗАТЕЛИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МИКРОСЕРВИСНЫХ СИСТЕМ
© 2018
Иван Васильевич Артамонов, кандидат технических наук, доцент кафедры «Информатика и кибернетика» ФГБОУ ВО «Байкальский государственный университет», Иркутск (Россия)
Аннотация
Введение: популярной технологией разработки сложных программных систем является микросервисный подход. При разработке таких систем необходимо оценивать эффективность их работы, надежность и производительность. Существующие технологии не позволяют всесторонне оценивать работоспособность будущих систем по их проектам, будучи либо слишком примитивными, либо сложными для применения к моделям реального мира. Разработчикам приходится создавать системы и тестировать их под нагрузкой, а затем вносить улучшения. Материалы и методы: определенный опыт в решении проблемы прогнозирования производительности накоплен в области теории производственных систем и аппаратно-программного обеспечения, теории массового обслуживания и теории качества сервис-ориентированных систем. Критический анализ и абстрагирование от предметной области позволяет создать универсальный и обобщенный набор показателей производительности. Результаты: набор показателей состоит из четырех групп, оценивающих производительность по времени работы, по количественным данным, по загруженности микросервисов и по отношению к принятым нормативам и стандартам. Для показателей разработан набор граничных значений, достижение которых для микросервисов приводит к нежелательным эффектам, и дано определение опасных событий выхода всей системы за пределы нормы, влекущих отказ ее работы.
Обсуждение: несмотря на очевидную простоту, система показателей может быть использована для оценки любой системы безотносительно ее прикладной сферы и сложности. Все показатели дискретны, легко вычисляются вручную при наличии статистических данных о системе и не зависят от экспертного мнения. Заключение: разработанный набор показателей применим к любой микросервисной системе, пригоден к использованию в системах имитационного моделирования или автоматизированного тестирования, но зависит от статистических данных - ни один из показателей не может быть точно предсказан только по архитектуре системы или опыту экспертов.
Ключевые слова: бизнес-процесс, веб-служба, имитационное моделирование, качество обслуживания, композиция сервисов, метрики производительности, микросервис, производительность бизнес-процессов, производительность микросервисов, сервис-ориентированная архитектура.
Для цитирования: Артамонов И. В. Показатели производительности микросервисных систем // Вестник НГИЭИ. 2018. № 8 (87). С 24-33.
PERFORMANCE METRICS OF MICROSERVICE SYSTEM
© 2018
Ivan Vasilievich Artamonov, Ph. D. (Engineering), the Associate Professor
Baikal State University, Irkutsk (Russia)
