авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

РАЗРАБОТКА АЧХ КОРРЕКТОРОВ ЛБВ-О С УЧЕТОМ ЕЁ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ИДЕНТИЧНОСТИ ФАЗОЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ШИРОКОПОЛОСНЫХ

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ДОПЕРАЛЬСКИЙ Владислав Владимирович

РАЗРАБОТКА АЧХ КОРРЕКТОРОВ ЛБВ-О
С УЧЕТОМ ЕЁ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ИДЕНТИЧНОСТИ ФАЗОЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ШИРОКОПОЛОСНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Специальность 05.12.07 – Антенны, СВЧ-устройства и их технологии

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном
образовательном учреждении высшего профессионального образования
«Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Сивяков Борис Константинович
Официальные оппоненты: Комаров Вячеслав Вячеславович –
доктор технических наук, профессор, Саратовский государственный технический университет
имени Гагарина Ю.А.,
профессор кафедры «Радиотехника» Мещанов Валерий Павлович –
доктор технических наук, Заслуженный деятель науки РФ, профессор, ООО НПП «Ника-СВЧ», г. Саратов, директор
Ведущая организация: ОАО «НПП «Контакт», г. Саратов

Защита состоится « 19 » апреля 2012 г. в 13.00 часов на заседании
диссертационного совета Д 212.242.01 при ФГБОУ ВПО «Саратовский
государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»
по адресу: 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, д.77, корп.1,
Саратовский государственный технический университет, ауд 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Автореферат разослан « 19 » марта 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Димитрюк А.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Лампа бегущей волны (ЛБВ) – это прибор, широко используемый в различных усилительных цепях. ЛБВ обладает достаточно большой выходной мощностью и широкой полосой частот, она широко используется в системах радиоэлектронного противодействия (РПД) и радиоэлектронной борьбы (РЭБ).

Амплитудно-частотный корректор (корректор) применяется для выравнивания коэффициента усиления и расширения рабочего диапазона частот спиральных ЛБВ. Существуют различные возможности реализации требуемых характеристик такого устройства, однако к настоящему времени наибольшее распространение в разработках получила шлейфная конструкция корректора. Это объясняется как относительной простотой реализации, так и возможностью достаточно точно рассчитывать характеристики, применяя методы теории СВЧ цепей. Этот тип корректоров существует в двух вариантах конструктивного исполнения: на коаксиальной и микрополосковой линиях (КЛ и МПЛ, соответственно) передачи.





Вместе с тем повышение требований по фазоидентичности усилителей на основе ЛБВ в системах суммирования мощностей поставило задачу оптимизации корректора под конкретный тип прибора, в то время как до недавнего времени было достаточно иметь несколько типовых конструкций корректоров в разных диапазонах частот.

Фазовая характеристика современных широкополосных ЛБВ существенным образом зависит от уровня входного сигнала, так как присутствует амплитудно-фазовое преобразование сигнала (АМ-ФМ преобразование), поэтому разброс амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) корректора преобразуется в отклонения фазы выходного сигнала усилителя. В ЛБВ-О коэффициент АМ-ФМ преобразования может достигать десятки градусов на 1 дБ изменения мощности входного сигнала (/дБ) и более. Для того, чтобы комплексированное изделие (усилитель) удовлетворяло конкретным предъявляемым к нему требованиям по идентичности фазо-частотных характеристик (ФЧХ), проектирование корректоров необходимо вести с учетом АМ-ФМ преобразования ЛБВ. Такой подход должен быть использован для анализа влияния на идентичность характеристик комплексированного изделия допусков на размеры и конструкции корректора. Одним из наиболее эффективных и точных путей решения этой задачи является расчет частотных характеристик изделия в целом с учетом экспериментальных или теоретических характеристик ЛБВ.

Помимо этого, актуальна задача получения корректоров с идентичными характеристиками, что требует оптимизации корректора при разработке конкретных изделий. Для ее решения необходимы исследования по выявлению и систематизации основных причин неидентичности характеристик корректоров применяемой конструкции.

Изучению идентичности ФЧХ широкополосных спиральных ЛБВ посвящены теоретические и экспериментальные исследования отечественных и зарубежных ученых и инженеров: Каца А.М., Кудряшова В.П., Нудельмана Я.Е., Рафаловича А.Д., Данилова А.Б., Сивякова Б.К., Baruch E. и др. В последнее время проводились экспериментальные исследования по определению неидентичности характеристик различных типов применяемых корректоров (Тищенко В.И., Беляева Ю.А.).

Однако наблюдается отсутствие работ по выявлению и систематизации причин неидентичности корректоров, а также методики совместной разработки корректора АЧХ с учетом реальных характеристик конкретной ЛБВ.

Исходя из вышеизложенного, задача повышения идентичности ФЧХ широкополосных усилителей СВЧ на основе ЛБВ с корректором АЧХ за счет оптимизации корректора и его разработки с учетом характеристик конкретной ЛБВ является актуальной в настоящее время.

Цель работы: задача повышения идентичности ФЧХ широкополосных усилителей СВЧ на основе ЛБВ с корректором АЧХ за счет разработки корректоров с учетом характеристик конкретной ЛБВ и исследование причин неидентичности характеристик шлейфного корректора на КЛ и МПЛ

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

  1. Исследование и анализ существующих современных конструкций оптимизирующих устройств АЧХ и их возможность применения в составе СВЧ усилителей на основе широкополосной спиральной ЛБВ с АЧХ корректором.
  2. Разработка методики анализа и построение математической модели шлейфного корректора АЧХ на КЛ и МПЛ и всего комплексированного изделия: корректор+ЛБВ.
  3. Создание на основе разработанной модели программы функционального проектирования шлейфных корректоров АЧХ с учетом характеристик ЛБВ. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов. Апробация модели и программы.
  4. Анализ чувствительности характеристик корректора для широкополосных ЛБВ к его настройке для шлейфного корректора АЧХ на КЛ.
  5. Анализ чувствительности к допускам характеристик шлейфных корректоров АЧХ для широкополосных ЛБВ на КЛ и МПЛ.
  6. Теоретическое и экспериментальное исследования влияния допусков, налагаемых на элементы корректора АЧХ, на характеристики усилителя.
  7. Апробация на практике выработанных рекомендаций по разработке фазоидентичных СВЧ усилителей на основе широкополосной ЛБВ с АЧХ корректором.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту:

  1. Установлено, что происходит заметное увеличение неидентичности ФЧХ усилителей корректор + ЛБВ за счет АМ-ФМ преобразования сигнала в ЛБВ, которое в диапазоне частот 2-4 ГГц вызывает увеличение на 50% неидентичности ФЧХ усилителей корректор + мощная широкополосная ЛБВ относительно неидентичности ФЧХ корректоров, поэтому при проектировании корректоров АЧХ для фазоидентичных усилителей необходимо учитывать не только амплитудную, но и фазоамплитудную характеристику ЛБВ-О.
  2. Методика, алгоритм и программа функционального анализа характеристик шлейфного корректора АЧХ на КЛ и МПЛ с учетом фазоамплитудной характеристики ЛБВ, позволяющие проводить интерактивное проектирование и анализ характеристик корректора.
  3. Результаты исследования влияния допусков, налагаемых на поперечные и продольные размеры, на идентичность характеристик шлейфных корректоров на КЛ и МПЛ, показавшие, что в коаксиальной конструкции наибольшее влияние (в 2-3 раза) оказывают допуски на поперечные размеры, а в микрополосковой – на продольные (в 9-10 раз).
  4. Установлено, что для улучшения идентичности характеристик шлейфного корректора АЧХ на МПЛ необходимо накладывать допуски на номинальное значение вносимого активного сопротивления резистивным напылением, а не только на геометрические размеры резистивного напыления – это повышает идентичность характеристик в 2 раза.

Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов. В работе использованы хорошо отработанные на практике методы экспериментального исследования. Для проведения измерений использованы принятые в промышленности регламентированные ГОСТами, методики и средства измерений. В построенной модели используются известные и общепризнанные методы теории расчета СВЧ цепей на основе эквивалентных представлений. Корректность модели подтверждается хорошим совпадением теоретических и экспериментальных данных, полученных на современном измерительном оборудовании.

Научная новизна работы:

  1. Предложена и показана на практике необходимость разработки корректора АЧХ для фазоидентичных широкополосных СВЧ усилителей на основе ЛБВ с корректором АЧХ с учетом фазоамплитудной характеристики широкополосной ЛБВ.
  2. Разработаны методика, алгоритм и программа функционального анализа характеристик шлейфного корректора АЧХ на КЛ и МПЛ с учетом фазоамплитудной характеристики ЛБВ.
  3. Проведены исследования причин неидентичности частотных характеристик шлейфных корректоров на КЛ и МПЛ для широкополосных спиральных ЛБВ.
  4. Установлено, что в корректоре на КЛ наибольшее влияние оказывают допуска на поперечные размеры, а на МПЛ – на продольные.
  1. Показано, что для улучшения идентичности характеристик шлейфного корректора АЧХ на МПЛ необходимо накладывать допуска на номинальное значение вносимого активного сопротивления резистивного напыления, а не только на геометрические размеры резистивного напыления.

Практическая значимость заключается в следующем:

  1. Полученные в результате исследований рекомендации по уменьшению чувствительности ФЧХ к допускам шлейфных корректоров на КЛ и МПЛ позволяют повысить фазоидентичность усилителей на основе широкополосной ЛБВ с корректором АЧХ и упростить процесс технологической фазировки изделий.
  2. Разработанная программа позволяет вести интерактивное проектирование корректора с учетом реальных характеристик ЛБВ, в результате чего уменьшаются трудоемкость, сроки и стоимость проектирования.
  3. Результаты работы внедрены в ОАО «НПП «Алмаз», о чем имеется акт внедрения, и могут быть использованы в вузах и на предприятиях радиоэлектронного профиля.

Апробация работы. Работа выполнена на кафедре «Электротехника и электроника» Саратовского государственного технического университета имени. Гагарина Ю.А в период 2008-2012 г.г. Результаты работы докладывались и обсуждались на: Международной научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности» «АСТИНТЕХ-2010» (Астрахань, 11-14 мая 2010); 9-й Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, СГТУ, 2010); XXIV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-24» (Саратов, 21-24 апреля 2011) и научных семинарах кафедры электротехники и электроники СГТУ.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планами НИР ОКР СГТУ и ОАО «НПП «Алмаз».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад автора заключается в участии в формулировке цели и постановке задач исследований, построении математических моделей и написания, на их основе, программы, апробации программы и модели, проведении расчетов. Автор является исполнителем представленных экспериментальных исследований. Обсуждение полученных теоретических и экспериментальных результатов проводилось совместно с соавторами научных статей.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Ее объем 110 страниц, включая 76 рисунков, 1 таблицу, 46 наименований цитируемых источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована (поставлена) задача повышения идентичности ФЧХ широкополосных усилителей СВЧ на основе ЛБВ с корректором АЧХ за счет разработки корректора с учетом характеристик конкретной ЛБВ, поставлена цель работы, определены задачи исследований, отражены научная новизна, практическая значимость полученных результатов, представлена апробация работы и приведены основные научные положения.

В первой главе проанализированы существующие современные конструкции оптимизирующих устройств АЧХ и их возможность применения в составе СВЧ усилителей на основе широкополосной спиральной ЛБВ с АЧХ корректором.

Показано, что используемая в настоящее время конструкция корректора АЧХ шлейфного типа для СВЧ усилителей на основе широкополосных ЛБВ является оптимальной. Её достоинства: простота технологической реализации, возможность получения необходимой полосы частот до нескольких октав, достаточно низкое рабочие значение КстU (не более 1,5) и возможностью реализации различных перепадов АЧХ. Существующая конструкция корректоров имеет два вида исполнения – на КЛ и МПЛ.

По причине возрастающих требований к фазовой идентичности усилителей на широкополосных ЛБВ с корректором АЧХ появляется необходимость разработки корректора с учетом АМ-ФМ преобразования ЛБВ. Для этого необходимо наличие программных средств компьютерного моделирования, позволяющих производить расчет и интерактивную оптимизацию выходных характеристик корректора.

Проведен анализ современного состояния разработки и производства СВЧ усилителей на основе широкополосной спиральной ЛБВ с АЧХ корректором с идентичными фазочастотными характеристиками.

Причины, вызывающие неидентичность ФЧХ ЛБВ, исследованы в работах других авторов. Для получения идентичных по ФЧХ усилителей большое значение имеет влияние идентичности АЧХ и ФЧХ корректоров. В работах ряда авторов были рассмотрены только частные случаи корректоров различной конструкции на предмет идентичности характеристик.

Показана необходимость проведения общего исследования конструкций шлейфных корректоров АЧХ по стойкости характеристик к изменению размеров элементов конструкции устройств на КЛ и МЛ. Предположительно конструкция на МПЛ (как выполняемая методом фотолитографии) должна обладать большей идентичностью характеристик, чем на коаксиальной линии. Однако, как видно из рис. 1, даже ненастраиваемая микрополосковая конструкция может иметь большие разности АЧХ: от +2дБ до -1,2дБ и ФЧХ: от +28° до -25° из-за производственных допусков, что недопустимо в ряде случаев. Так, стандартные требования для современных широкополосных усилителей (рабочая полоса частот от 66%) по идентичности ФЧХ ±30°.

а б

Рис. 1 Измеренная разность АЧХ (а) и ФЧХ (б) двух амплитудных корректоров
на МПЛ передачи относительно третьего

При проектировании корректора для конкретной ЛБВ важно не только уменьшать его чувствительность к допускам, но и учитывать изменение ФЧХ всего усилителя за счет АМ-ФМ преобразования сигнала в ЛБВ. Для этого надо вести анализ АЧХ и ФЧХ корректора и ЛБВ совместно, то есть проектировать корректор с учетом реальных АЧХ и ФЧХ конкретной ЛБВ.

На основе проведенного обзора определена область исследования, сформулированы задачи и намечены пути их решения.

Во второй главе была построена математическая модель шлейфного корректора АЧХ на КЛ и МПЛ и всего комплексированного изделия: корректор+ЛБВ.

Конструкция шлейфного корректора представляет собой волновую линию передачи с последовательностью присоединенных через резистивную нагрузку нескольких короткозамкнутых или разомкнутых параллельных шлейфов. Эквивалентная схема одной секции корректора и параллельного шлейфа показана на рис. 2.

 а б квивалентная схема: а –-2

а б

Рис. 2 Эквивалентная схема: а – одной секции корректора б – параллельного шлейфа

Короткозамкнутый или разомкнутый вариант выбирается из соображений простоты технологической реализации. В конструкции на КЛ обычно используется короткозамкнутый вариант, а на МПЛ – разомкнутый. Корректор рассматривается как последовательность каскадно-соединенных четырехполюсников. Конструкция шлейфа в корректоре на КЛ в поперечном сечении показана на рис. 3.

Рис. 3. Конструкция шлейфа в корректоре на КЛ в поперечном сечении:

1 – корпус корректора (внешний проводник линии передачи), 2 – внутренний
проводник линии передачи, 3 – многоступенчатый плунжер, 4 – скоба,
5 – поглощающая втулка, 6 – короткозамыкающая цанга

Четырехполюсник представляет собой линию передачи с присоединенным параллельным шлейфом. Расстояние между шлейфами обычно выбирается равным , где – длина волны в середине рабочего диапазона частот прибора. Шлейф состоит из отрезка линии передачи с, (волновое сопротивление и длина соответственно) последовательно нагруженной на активное сопротивление R и на реактивное x(f). Для получения нужной характеристики затухания корректора реактивное сопротивление шлейфа должно иметь определенную зависимость от частоты. Необходимую зависимость реализуют ступенчатой структурой изменения волнового сопротивления вдоль длины шлейфа. От соотношения волновых сопротивлений ступеней зависит рабочая полоса корректора.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.