Подавление паразитных радиочастотных колебаний в системах нагревательного и электромеханического типов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, кандидат физико-математических наук Козлов, Андрей Владимирович

• Козлов, Андрей Владимирович
• кандидат физико-математических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Козлов, Андрей Владимирович

Введение

Глава* 1. Методы анализа электромагнитной совместимости, нелинейных искажений, подавления паразитных колебаний и излучений

1.1. Методы анализа! преобразования сигналов в безынерционных нелинейных цепях.

1.2. Методы анализа преобразования сигналов в инерционных нелинейных цепях.

1.3. Методы анализа и подавление паразитных излучений.

1.4. Подавление паразитных (высших) колебаний, в многомодовых резонансных камерах СВЧ> нагрева.

1.5. Выводы.

Глава 2. Теоретическое и экспериментальное исследование электронагревательных установок

2.1. Теоретический анализ тепловых полей в стационарных режимах электронагревательных элементов.

2.2: Разработка методов экспериментального исследования. Основные результаты анализа стационарных и нестационарных тепловых режимов. Выбор типа электронагревательного элемента.

2.2.1. Экспериментальное исследование температурных зависимостей нагревательного блока на открытых спиралях в стационарном и нестационарном режимах.

2.2.2. Экспериментальное исследование температурных зависимостей нагревательного блока на ТЭНах в стационарном и нестационарном режимах и сравнение их с данными, полученными для блока нагрева на открытых спиралях.

2.2.3. Сравнение однородности температурного поля по сечению нагреваемого воздушного потока.

2.3. Сравнение режимов остывания ТЭНов и нагревательных блоков на открытых спиралях с учетом нелинейных нестационарных тепловых процессов.

2.4. Постановка задачи расчета, проектирования и разработки электронагревательных приборов с включенными в их электрическую схему силовыми диодами.

2.5. Теоретический анализ уровня" паразитных колебаний, создаваемых в цепи переменного тока силовыми, полупроводниковыми диодами (СПД) в составе ЭНУ.

2.6. Расчет уровней ИРП для схем с одним диодом3, с исследованием^ влияния* технологического^ разброса характеристик диодов на уровни индустриальных радиопомех. 59'

2.7. Определение влияния*выбора схемного решения, (способа и места включения СПД в схему сложного ЭНУ) на уровень создаваемых, радиопомех.

2.8. Сравнительный анализ методов определения* уровня создаваемых радиопомех диодов. Учет нелинейных барьерной и диффузионной емкостей СПД в составе ЭНУ на уровень» создаваемых ими нелинейных искажений. Сравнение результатов расчета по модели, использующей кусочно-линейную аппроксимацию' В АХ СПД с результатами расчета по модели, использующей нелинейные емкости диода.

2.9. Экспериментальное исследование уровней ИРП, создаваемых различными отечественными и зарубежными' СПД, включенными по различным схемам в цепи электронагревательных элементов.

2.9.1. Оборудование и методика эксперимента.

2.9.2. Результаты измерений.76<

2.10. Выводы.

Глава 3. Улучшение частотных характеристик реакторов помехоподавления и снижение уровня индустриальных радиопомех электротранспорта

3.1. Анализ конструкции и электрических параметров реакторов помехоподавления. Постановка задачи исследований.

3.2. Расчет индуктивности РП.

3.3. Анализ формы импульса напряжения.

3.4. Анализ подавления и синтез фильтра для РП.

3.5. Помехоподавление с учетом дисперсии и нелинейности.

3.6. Экспериментальные исследования реактора помехоподавления.

3.7. Выводы.

Глава 4. Моделирование и экспериментальное исследование прямоугольной резонаторной камеры СВЧ нагрева, возбуждаемой прямоугольным- волноводом переменного сечения, с длинной щелью

4.1. Описание электродинамической системы для промышленного оборудования СВЧ нагрева. Постановка задачи исследований.

4.2. Моделирование электродинамической системы.

4.3. Результаты расчета.

4.4. Экспериментальное исследование* зависимостей коэффициента передачи из возбуждающего волновода в резонансную камеру от геометрических размеров волновода и щели связи.

4.5. Методика измерения распределения поля.

4.6. Результаты измерения распределения электромагнитного поля.

4.7. Связь распределения электромагнитного поля внутри резонансной камеры с уровнем излучения из нее в открытое пространство.

4.8. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Подавление паразитных радиочастотных колебаний в системах нагревательного и электромеханического типов»

Актуальность проблемы: Задачи обеспечения электромагнитной совместимости; в* том числе минимизациишобочных-(паразитных) колебаний; снижениям и подавления уровня?; нелинейных искажений имеют непреходящее значение для? самых различных отраслей радиофизики; а также электро- и радиотехники. Несмотря- на бурное продвижение в миллиметровый; инфракрасный, терагерцевый и оптический диапазоны, дефицит радиочастотных и СВЧ каналов снязи не уменьшается, а растет за счет быстрого развития« и применения различных радиотехнических устройств.

Поэтому задачах обеспечения чистоты генерируемых, усиливаемых и передаваемых сигналов; минимизации? побочных колебаний; уровня индустриальных радиопомех (ИРП) в промышленных электрических цепях И: паразитных электромагнитных колебаний (ИЭМК) в эфире является задачей' непреходящей актуальности. Эти- задачи минимизации паразитных колебаний, нелинейных искажений» и их подавления; в настоящее время» актуальны» для' диапазона от сверхнизких частот до €ВЧ и КВЧ.

В' этой связи- разработка^ соответствующих математических моделей,, методов экспериментальных исследований; позволяющих прогнозировать уровень генерируемых ИРП и ПЭМК в промышленных и бытовых установках, осуществлять поиск методов их снижения и подавления, представляется актуальной и: практически значимой. Достаточно отметить, что помехи в низкочастотной части радиодиапазона оказывают серьезное влияние на качество радио- и телекоммуникаций, сильно влияют на здоровье людей, наносят вред работе различных электротехнических изделий (например, помехи коммутационного происхождения в контактных сетях электротранспорта могут существенно отражаться на надежности и долговечности двигателей трамваев, троллейбусов и электровозов).

С целью борьбы с этими помехами практически с первых десятилетий появления и развития электротранспорта (в частности; горэлектротранспорта) были разработаны и внедрены реакторы помехоподавления (РП), выполняющие две функции. С одной стороны, они препятствовали попаданию спектра паразитных колебаний от двигателей подвижных средств электротранспорта в контактную сеть с возможностью излучения в эфир. Во-вторых, они затрудняли проникновение помех, возникающих за счет, коммутационных процессов в контактной сети* в электрические цепи самого трамвая, троллейбуса, электровоза:

Однако эти устройства традиционно выполнялись в виде массивных катушек индуктивности, выполненных из толстой и широкой-алюминиевой, а чаще - медной ленты, навиваемой в обкладке из своеобразного сердечника.— тонкой ленты из электротехнической'стали.

Поскольку РП включаются последовательно'в сильноточные электрические цепи (для горэлектротранспорта - это сотни ампер, для железнодорожного транспорта - килоамперы) толщину и ширину ленты в существующих РП выбирают достаточно-большой, что обусловливает большую массу и очень высокую стоимость этих устройств. Так РП для'трамваев и троллейбусов имеют массу до 60 кг, причем основная*(85+90 %) ее часть приходится на дорогостоящую медную ленту. Для электропоездов^ масса используемых РП (также на основе медной ленты) достигает зачастую более 1 т.

В. этой связи задача'разработки математических моделей, позволяющих корректно рассчитывать РП, осуществлять их оптимизацию с целью снижения стоимости и габаритов, а также повышения качества, представляется^ технически важной и актуальной. Не решенной здесь, до конца проблемой является строгое полевое математическое моделирование соленоидов различной формы с магнитными и электромагнитными экранами, позволяющее существенно (многократно) минимизировать массу и стоимость подобных устройств, получая при этом, как минимум, не худшие характеристики подавления паразитных колебаний. Для задач фильтрации важен корректный учет распределенных межвитковых емкостей в соленоиде.

Актуальной проблемой является миниатюризация и улучшение качества при проектировании электронагревательных устройств (ЭНУ) среднего и высокого уровней мощности. К улучшаемым характеристикам относятся: температура поверхности нагревательного элемента при стационарном режиме, равномерность распределения теплового потока, тепловая инерционность и эффективность обогрева, увеличенная скорость выхода на рабочий режим, надежность и долговечность. Это, в частности, достигается переходом от традиционных трубчатых электронагревателей (ТЭНов) к элементам* на основе открытых спиралей, а также последующим введением в цепь нагрева силовых полупроводниковых диодов (СГТД): При этом за счет снижения эффективных значений тока и мощности нагрева (при сохранении их амплитудных значений) удается примерно-вдвое снизить активное сопротивление нагревательных элементов, т.е. габариты и стоимость ЭНУ. Однако-использование СПД приводит к появлению высших гармоник и ИРП в подводящих проводах и окружающем пространстве; Поэтому актуальной задачей является исследование уровней высших гармоник в зависимости- от характеристик СПД, схемотехнического решения электронагревательного устройства, а также определение уровня излучаемой» мощности на гармониках. В литературе эти вопросы исследованы недостаточно.

Задачи моделирования паразитных колебаний и проведение их экспериментального исследования» являются актуальными для технических приложений и проектировании ЭНУ.

Не менее актуальна и проблема снижения уровня высших колебаний в устройствах СВЧ нагрева, в которых необходимо, с одной стороны, максимально сконцентрировать достаточно равномерное электромагнитное поле в рабочей области, где происходит термообработка (сушка) объектов микроволнового воздействия, а с другой - необходимо минимизировать уровень электромагнитного поля СВЧ в областях, откуда возможно его излучение в свободное пространство. При этом уровень высших мод в многомодовых резонаторах этих установок желательно существенно снизить. Рассматривавмые промышленные установки СВЧ нагрева имеют открытые окна для конвейерной подачи продукта, и встает задача подавления излучения из них путем использования заграждающих фильтров.

Важной задачей является проведение экспериментальных исследований, позволяющих, с одной стороны оценить адекватность построенных моделей, а с другой проверить фактическое распределение полей в различных вариантах построения- разрабатываемой электродинамической- системы. В этой связи- ставилась задача разработки математических» моделей на основе* интегральных уравнений для распределения поля в установке, а также расчет фильтров по-заданному значению интенсивности поля на апертуре окна. Модель адаптирована к прямоугольной камере СВЧ нагрева, возбуждаемой прямоугольным волноводом переменного сечения с продольной щелью.

Сформулированные выше вопросы определили актуальность проведенных в настоящей диссертационной работе исследований и позволили сформулировать общую цель диссертационной работы: определение уровней паразитных электромагнитных колебаний и излучений в системах нагревательного и электромеханического типов, включая системы СВЧ обработки материалов, и разработка методов их подавления.

Для достижения указанной цели представлялось необходимым решить следующие основные задачи:

1. Разработать математические модели, адекватно описывающие стационарный и нестационарный режимы работы электронагревательных устройств различного типа с нелинейным полупроводниковым элементом и с учетом нелинейных тепловых процессов, т.е. излучения по закону Стефана-Больцмана, методы их экспериментального исследования, и на этой основе осуществить выбор типа электронагревательных элементов, наиболее полно удовлетворяющих современной системе требований к таким устройствам.

2. Разработать теоретические и экспериментальные методы оценки уровня напряжения радиопомех, создаваемого СПД, методы определения 8 корреляции уровня генерируемых радиопомех с собственными характеристиками диодов, определить влияние выбора схемного решения (способа и места включения СПД в схему сложного электронагревательного устройства) на уровень создаваемых радиопомех.

3. Разработать математическую модель для анализа и синтеза реакторов помехоподавления; учитывающую связь их индуктивности с конфигурацией. токопроводящей ленты,, конфигурацией и магнитной проницаемостью материала магнитного экрана; и произвести на этой основе-расчет различных конфигураций РП с магнитными экранами с учетом межвитковых и специально введенных емкостей и без них; провести экспериментальное исследование синтезированных конфигураций реакторов помехоподавления.

4. Провести моделирование и экспериментальное исследование прямоугольной камеры СВЧ нагрева с распределенным вводом мощности; исследование уровня паразитных излучений из окон подачи продукта.

Научная новизна результатов работы:

•Впервые в задаче для цилиндрических электронагревательных элементов с несколькими концентрическими слоями получено решение уравнения теплового баланса с учетом конвекции и закона излучения Стефана-Больцмана в уравнении теплопроводности и в интегральном балансе, описывающее нестационарные процессы остывания и нагрева, динамику распределения температуры и позволившее оценить различие в поведении сравниваемых систем.

• Впервые с учетом нелинейных барьерной и диффузионной емкостей, а также влияния технологического разброса характеристик СПД в составе ЭНУ проведен расчет уровня нелинейных искажений в цепи переменного тока и создаваемых индустриальных радиопомех. Проведено экспериментальное исследование уровней ИРП от сверхнизких частот до УВЧ, создаваемых разными отечественными и зарубежными СПД, включенными по различным схемам в цепи электронагревательных элементов.

•Разработанная математическая модель для анализа частотной характеристики квазипиковых значений радиопомех, построенная на основе итерационного решения нелинейного уравнения для тока, позволяет оценивать спектр радиопомех. В случае кусочно-линейной аппроксимации ВАХ СПД эта модель согласуется с аналогичными расчетами на основе функций Берга.

•На^ основе экспериментальных исследований и теоретических расчетов- индуктивности с электромагнитными экранами определена дисперсия^ магнитной проницаемости электротехнической стали \х, а также ее влияние на частотную характеристику подавления РП для слабых токов. Для импульсов сильных токовшсследовано1 влияние нелинейности и насыщения р, на подавление гармонических составляющих, а также исследовано помехоподав-ление вплоть до СВЧ диапазона.

•На основе интегро-дифференциальных уравнений для электрического вектор-потенциала впервые получены соотношения-для определения индуктивности реакторов помехоподавления (РП). Методом последовательных приближений проведен расчет индуктивностей с учетом электромагнитных экранов для нескольких конфигураций РП.

•Проведено экспериментальное и теоретическое исследование распределения электромагнитного поля в прямоугольной резонансной камере, возбуждаемой через щель связи прямоугольным волноводом переменного сечения. Измерение проведено по впервые разработанной оригинальной методике, использующей косвенный подход - путем измерения излучения из боковой плоскости камеры через отверстия в металлической пластине, закрывающей соответствующую ей плоскость.

•Разработанная на основе метода поверхностных интегральных уравнений строгая модель прямоугольной резонансной камеры СВЧ нагрева с тремя диэлектрическими слоями, возбуждаемой прямоугольным волноводом переменного сечения, позволяет получить распределение квадрата амплитуды электрического поля в нагреваемом слое с перепадом не более 50% по всей длине.

•Расчет, проведенный по основанной на методе интегральных уравнений электромагнитного поля, строгой модели прямоугольной резонансной камеры СВЧ нагрева, возбуждаемой- прямоугольным волноводом переменного сечения, показывает, что уменьшение ширины, щели, приводит к-увеличению амплитуды высокочастотного, электрического поля в обрабатываемом. СВЧ полем диэлектрическом слое, при одновременном увеличении* однородности распределения^ поля вдоль щели, однако при этом несколько уменыпа-ется КПД передачи энергии из возбуждающего волновода в камеру.

Достоверность научных результатов и выводов работы подтверждается» соответствием проведенных экспериментальных исследований с данными численного моделирования, применением строгих в рамках постановки задачи моделей, а в ряде случаев совпадением этих данных с аналитическими результатами.

Научно-практическая значимость результатов. Особую научно-практическую значимость работы представляют следующие ее результаты:

1. Введение дополнительных шунтирующих емкостей катушки индуктивности реактора помехоподавления позволяет в несколько* раз уменьшить число ее витков при одновременном увеличении подавления помех, при этом влияние межвитковых емкостей в виде всплесков на* частотной характеристике подавления уменьшается. Показано, что использование дополнительных шунтирующих емкостей на порядок увеличивает помехо-подавление и позволяет, как минимум, на порядок снизить габариты и стоимость.

Используемая в стандартных реакторах лента из электротехнической стали приводит к незначительному (порядка нескольких процентов) увеличению индуктивности, тогда как внешние электромагнитные экраны позволяют увеличить ее в несколько раз.

2. Решение нелинейного одномерного уравнения теплового баланса с учетом излучения прямыми методами показывает возможность значительного (порядка двух раз) возрастания температуры ТЭНов в-малом, временном промежутке после отключения питания ЭНУ и одновременном прекращении искусственного' теплосъема, что является одним из основных недостатков ТЭНов при сравнении их с открытыми спиралями.

Разработанные математические модели- могут в, силу своей общности использоваться^ исследователями, и инженерами-разработчиками электротехнического и электронного оборудования рассматриваемого типа.

Полученные результаты, теоретического и экспериментального исследования1 практически полностью использованы в научно-производственной фирме «Этна» при проектировании и разработке мощных электронагревательных приборов, реакторов помехоподавления для горэлектротранспорта и-промышленного оборудования микроволновой сушки.

Апробация,работы и публикации. Результаты выполненных исследований обсуждались на научных семинарах кафедры прикладной- физики СГУ и докладывались на международных и всероссийских конференциях, в том числе* на 4-й международной научно-технической конференции «Радиотехника и связь» (Саратов, 2007), 9-й международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, 2010), 10-м международном семинаре "Electromagnetics of Microwaves, Submillimeter and Optical Waves" (Саратов, 2010).

Материалы диссертации представлены в 17 опубликованных работах. Из них 3 статьи в реферируемых изданиях, входящих в список ВАК, 2 труда конференций, 6 патентов РФ.

Личный вклад* автора. Все основные результаты, включенные в диссертацию, получены лично автором. Соискателем проведены численные и натурные эксперименты, выполнен теоретический анализ упрощенных моделей.

Содержание работы

Материалы диссертации изложены на 140 страницах, содержат 43 рисунка и список цитированной литературы из 107 наименований. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списков цитированной литературы и собственных работ автора.

Заключение диссертации по теме «Радиофизика», Козлов, Андрей Владимирович

4.8. Выводы

Таким образом, в настоящей главе выполнено моделирование и экспериментальное исследование прямоугольной камеры СВЧ нагрева с

125 распределенным вводом мощности; исследование уровня, паразитных излучений из окон подачи продукта.

В результате проведенного теоретического и экспериментального анализа* установлен ряд закономерностей, принципиально важных для проектирования электродинамических систем такого типа:

1. С уменьшением ширины щели амплитуда^ высокочастотного? электрического поля! в обрабатываемом диэлектрическом слое увеличивается. Увеличение диэлектрической' нагрузки также приводит к росту амплитуды-поля*.

2. Принципиального различиям в распределении поля для случаев однонаправленного1 и противоположно направленного распространения* мощности- в- соседних возбуждающих волноводах не- наблюдается; однако-развязка между волноводами'в последнем-случае лучше.

3; В случае малых щелей имеется большая локализация-поля вблизи щелей; однако равномерность распределения- поля вдоль щели значительно' возрастает.

В результате проведенных в настоящей главе исследований:

- впервые на основе строгой модели;, основанной на методе поверхностных интегральных уравнений-для электрического'поля проведено моделирование электродинамической? системы установок СВЧ нагрева диэлектрических материалов в виде прямоугольной резонансной- камеры, возбуждаемой прямоугольным волноводом переменного сечения через щель связи, ширина которой изменяется по длине волновода. проведено экспериментальное исследование распределения электромагнитного поля в прямоугольной резонансной камере, возбуждаемой через щель связи прямоугольным волноводом переменного сечения. Измерение проведено по впервые разработанной методике, использующей косвенный подход - путем измерения излучения из боковой плоскости камеры через отверстия в металлической пластине, закрывающей эту плоскость.

Разработанная на основе метода поверхностных интегральных уравнений строгая модель прямоугольной резонансной камеры СВЧ нагрева с тремя диэлектрическими слоями, возбуждаемой прямоугольным волноводом переменного сечения, позволяет получить распределение квадрата амплитуды электрического поля в нагреваемом слое с перепадом не более 50% по всей длине. Расчет, проведенный по такой, модели для прямоугольной резонансной камеры СВЧ нагрева, возбуждаемой прямоугольным волноводом переменного сечения, показывает, что уменьшение ширины-щели (в диапазоне значений до 3 мм) приводит к увеличению амплитуды высокочастотного электрического поля в обрабатываемом СВЧ полем диэлектрическом слое, при одновременном увеличении однородности распределения поля-вдоль щели, однако при этом несколько уменьшается? КПД'передачи энергии из «возбуждающего волновода в камеру.

Окна связи с резонаторными камерами обычно имеют фильтры в виде отрезков прямоугольного волновода большого сечения (по сечению окна), на стенках которого выполнены металлические ребра (диафрагмы) и расположен поглотитель в виде специального сорта поглощающей'резины. Таким образом, указанная секция представляет собой диссипативный фильтр мод. Снижение уровня« излучений достигается увеличением длины-секции и числа диафрагм. Поскольку указанная секция1 существенно многомодовая с числом возможных распространяющихся мод до десятка, ее синтез осуществлялся-по разработанной программе расчета одномодового фильтра, позволяющей работать на любом из типов волн Нпт и Епт. Программа основана на формулах длинных линий с потерями с учетом вносимых реактивных проводимостей диафрагм, связанных с возбуждаемых на них высших реактивных типах волн. Соответствующие реактивности определялись приближенно по вариационному методу Швингера. Также использовалось приближение, что типы волн Нпт и Епт не связаны друг с другом, хотя в системах с потерями такая связь имеется. Синтез фильтра осуществлялся численно по нескольким типам волн, включая и волны разной

127 поляризации, например, Ню и Ноь Если на окне задано распределение электрического поля, его можно разложить по модам [107], а затем для каждой из них пересчитать его в плоскость выхода фильтра, т.е. на границу с внешним пространством. Для всех распространяющихся мод отношение указанных величин при длине секции около метра составляло порядка 100 дБ, что вполне обеспечивает требуемый уровень ЭМС по норме 10 мкВт/ см2.

Разработанные математические модели могут в силу своей общности использоваться исследователями и инженерами-разработчиками электротехнического и электронного оборудования рассматриваемого типа. Полученные результаты теоретического и экспериментального исследования практически полностью использованы в научно-производственной фирме «Этна» при проектировании и разработке мощного промышленного оборудования микроволновой сушки.

Заключение

В настоящей диссертации» исследуются электромагнитные колебания и волны, являющиеся побочными (паразитными) в системах СВЧ нагрева, электронагревательных приборах, электротранспорте. В итоге выполненных исследований получены следующие теоретические положениями результаты прикладного характера:

1. Проведено теоретическое и экспериментальное исследование различных типов нагревательных элементов в стационарном и нестационарном, режимах работы, на основании которого по большинству параметров, предпочтение отдается'открытым спиралям.

2. На основе решения» нелинейного уравнения теплового баланса, а также экспериментального исследования показано, что ТЭНам в отличие от открытых спиралей свойственно значительное повышение температуры поверхности при прекращении искусственного теплосъема.

3. На основании' теоретических расчетов и ряда экспериментов показано, что независимо от типа диода, при последовательном включении в цепь питания нагревательного элемента в последней образуются высшие гармонические составляющие тока, создающие соответствующий уровень индустриальных радиопомех, основное влияние на который оказывают электрические параметры диода - крутизна и угол отсечки, определяющие вид его вольт-амперной характеристики, а также диффузионная и барьерная емкости.

4. Проведен сравнительный анализ методик оценки уровней индустриальных радиопомех, создаваемых силовыми полупроводниковыми диодами в составе электронагревательных устройств среднего и высокого уровней мощности. Построена модель, учитывающая нелинейные емкости перехода диода.

5. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований выполнен сравнительный анализ двух типов диодов, различающихся по своей структуре и, как следствие, имеющих различный разброс ветвей В АХ. Показано;, что быстро-восстанавливающиеся ЕшСоп диоды имеют значительные преимущества перед: диодами типшДЛ-1Т2-25*

6; Исследовано влияние разброса ветвей ВАХ на уровни ИРП. Рассмотрено несколько;' вариантов, включения5 диодов?■■•в? цепи- ЭНУ. На; основе: теоретического5 обоснования и последующего? экспериментального подтверждения сделан вывод о существенном влиянии; места; и способа включения диодов в схеме ЭНУ.

7. Проведено исследование частотных зависимостей индустриальных радиопомех, генерируемых нагревательными схемами, содержащими8 встречно направленные диоды, расположенные в параллельных нагревательных линиях. Также исследовано подавление уровней ИРП, создаваемых схемами типа «звезда» и «треугольник».

8. На основе теоретических и экспериментальных исследований выполнен сравнительный анализ стандартной ш синтезированной конструкций реакторов помехоподавления;

9: Применительно к проблеме: расчета индуктивности- радиореактора: помехоподавлениян рассмотрены интегро-дифференциальные уравнения магнитостатики г относительно электрического вектор-потенциала» и магнитного поля. Методом: последовательных приближений; найдены соотношения для индуктивности при наличии электромагнитных экранов; Показано; что обычно налагаемое условие калибровки потенциала в виде его соленоидальности следует как результат метода последовательных приближений.

Ю.Проведено исследование частотной характеристики РП. Учет межвитковых емкостей при расчете коэффициентов передачи приводит к появлению осцилляций на частотной характеристике подавления. Введение же шунтирующих емкостей позволяет эти осцилляции сгладить и улучшить помехопо дав л ение.

1 Г.Исследовано влияние нелинейности намагничивания и» частотной дисперсии, магнитной- проницаемости на1 помехоподавление. Оценен, спектр- выделяемого на* двигателе высокочастотного напряжения и исследовано его подавление РП, включая учет входящих в него-межвитковых емкостей и дополнительных шунтирующих емкостей

12.Проведено моделирование и-экспериментальное исследование двух типов-электродинамических систем - прямоугольной резонансной" камеры, возбуждаемой, волноводами переменного * сечения и желобкового волновода. Разработана методика экспериментального исследование таких систем: исследование распределения полей СВЧ проводилось косвенным методом - путем измерения излучения из боковой плоскости камер через отверстия в металлических пластинах, закрывающих камеры. Проведен сравнительный анализ электродинамических характеристик этих систем. Полученные результаты^ позволяют говорить о. принципиальной применимости системы на основе прямоугольной резонансной камеры для использования в установках микроволнового воздействия.

13.В работе приведены рекомендации по выбору типа используемых элементов рассматриваемых систем, методик расчета и измерений, а так же основных направлений снижения паразитных радиочастотных колебаний без значительного ухудшения качества работы систем.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Козлов, Андрей Владимирович, 2010 год

1. Седельников О.Ю. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств. Учебное пособие. Казань, изд-во ЗАО «Новое знание», 2006. 304 е. .

2. Д.В; Благовещенский; Радиосвязь и электромагнитные помехи. Учебное пособие: Санкт-Петербург, издгвоСПбРУАН-2002. 70с:. 3: Шваб* Адольф:. Электромагнитная совместимость., М;г: Энергоатомизт дат, 1995. 480 с.

3. Хабйгер Э- .Электромагнитная»совместимость; Основы ее обеспечения в технике://под:ред.; д.т.ш.Б:К. Максимова: Перевод, ИМ! Кужекина М;, Энергоатомиздат, 1995.

4. Дональд Р.Ж. Уайт Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. М., «Советское радио». /Т1. -Т21978 —272 е., ТЗ 1979 464 е./ (6: Цицикяш Г.Н:, Электромагнитная* совместимость в^ электроэнергетике.

5. Учебное пособие. Санкт-Петербург, изд-во СЗТУ, 2006. 7. Акбашев? Б.Б.,. Кечиев» ЖН;,- Соколов А.Б; Эффективность экранирования перфорированных экранов. // Технологии :ЭМС. 2008. (№ 2(25). С. 19-26г

6. Акбашев Б.Б., Соколов А.Б. Электропроводящие покрытия для; повышения: эффективности экранирования. //Технологии ЭМС. 2008. (№ 3(26). С. 54-61.

7. Веселовский. О. Н., Шнейберг Я. А. Очерки по истории электротехники. -М.'. Издательство МЭИ, 1993;13. «Радиотехник», №8. Издание радиоотдела народного комиссариатам почт и телеграфов. Нижний Новгород, 1919.

8. Котельниковг В.А. Теория потенциальной помехоустойчивости. М.; Л:: Государственное энергетическое издательство, 1956:

9. Харкевич А.А.Нелинейные и параметрические явления в;радиотехнике:- М. : Гостехиздат, 1956. 184 с.1 б.Харкевич А.А. Борьба с помехами. Изд-во Наука, М., 1965

10. Ott Г. Методы подавления шумов и помех в электронных системах. Под ред. М.В. Гальперина. Изд-во Мир, 1979. 317 с.

11. ГОСТ Р 51318.14.1-99 (СИСПР 14-1-93) Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от бытовых приборов, электрических инструментов и аналогичных устройств. Нормы и методы испытаний

12. ГОСТ Р 50397-92. Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения*.

13. TOGT 23872 — 79 Совместимость радиоэлектронных средств электромагнитная. Номенклатура параметров и классификация технических характеристик.

14. Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 1988.

15. Калиткин H.H. Численные методы. М.:Наука,1978.-512с.

16. Молотков И.А. Маненков. А.Б. О нелинейных туннельных эффектах // РЭ. 2007. Т. 52. №»7. С. 799-806.

17. Каханер Д, Маулер К, Нэш С. Численные методы и программирование. М.: Мир, 1998.

18. Дж. Ортега, В. Рейнболдт. Итерационные методы*решения систем нелинейных уравнений со'многими неизвестными. М.: Мир, 1975

19. Безручко Б Л:, Прохоров; М. Д., Селезнев Е.П. Нелинейный электрический маятник. Саратов, Издательство Гос-УНЦ «Колледж», 1999, 33 с.

20. Анищенко B.C., Астахов В.В:, Вадивасова Т.Е., Нейман А.Б., Стрелкова Г.И., Шиманский-Гейер JT. Нелинейные эффекты в хаотических и стохастических системах. Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. 544 с.

21. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. М.: «Радио и связь», 1990. -512 с.

22. Дж. Варне Электронное конструирование: методы борьбы с помехами. Под ред. Д-ра техн. Наук Б.Н. Файзулаева, М., «Мир» 1990. 238 с.

23. Шапиро Д.Н. Основы теории электромагнитного экранирования. Л., «Энергия», 1975, 112 с.

24. В.Ю. Рогинский Экранирование в радиоустройствах. Л., Энергия, 1969. 112 с.

25. Д. Херреро, Г. Уиллонер. Синтез фильтров М.: Сов радио, 1971

26. Фельдштейн А.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ/ А.Р. Фельдштейн, Л.Р. Явич. М.: Связь, 1971. 352 с.

27. Маттей Г.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. М.: «Связь», 1972 г., том.1 222 е., том 2 249 с.

28. Альтман Дж. JI. Устройства сверхвысоких частот. Под ред. И.В,Лебедева. М.: «Мир», 1968

29. Безбородов Ю.М. Фильтры СВЧ на диэлектрических резонаторах/ Ю.М. Безбородов, Т. Н. Нарытник, В.Б. Федоров К.: Техника, 1989. -184 с.

30. Григорьев А.Д., Янкевич В.Б. Резонаторы и резонаторные замедляющие системы СВЧг Численные методы расчета и проектирования. М.": Радио и связь, 1984. 248 с.

31. Козлов В;И., Юфит F.A. Проектирование1 СВЧ устройств с помощью ЭВМ! М.: «Сов: радио»; 1975: 176 с.

32. Модель A.M. Фильтры, СВЧ в радиорелейных системах. М.: Связь. 1967.

33. Хельзайн Дж. Пассивные и активные цепи СВЧ: Пер. с англ. под ред. А.С. Галина. М*.: Радио и связь, 1981. - 200 с.43;Халяпин Д.Б. Коаксиальные и полосковые фильтры СВЧ' — М.: Связь. 1969.

34. Фуско В: СВЧ: цепи. Анализ- и автоматизированное проектирование. Пер. с англ. М.: Радио и связь. 1990: - 288 с.

35. Седышев Э.Ю. Синтез! эллиптических фильтров СВЧ диапазона : Дис. . канд. техн. наук : 05.12.07 : СПб., 2004 136 с. РГБ ОД, 61:05-5/3418

36. Design of a dual-band quadrifilar helix antenna. Hosseini, M.; Hakkak, M.; Rezaei, P.;Antennas and Wireless Propagation Letters, IEEE Volume 4, 2005 Page(s):39 42

37. Analysis and design of a satellite-borne wide-beam quadrifilar helix antenna Chen Chen; Fang Yang; Chenjiang Guo; Jiadong Xu; Microwave Conference, 2008. APMC 2008. Asia-Pacific 16-20 Dec. 2008 Page(s):l 4

38. Design of multi-layered' polygonal helix antennas for RFID readers in UHF band Jaeyul Choo; Hosung Choo; Park, L.; Oh, Y.; Antennas and Propagation Society International Symposium, 2005 IEEE Volume 2B, 3-8 July 2005 Page(s):283 286 vol. 2B

39. Simulation design of ultra-wideband helix antenna Yu Xinfeng; Gao Min;

40. Radar Symposium, 2008 International 21-23 May 2008 Page(s):l 3 50.Computer-aided design of octo-filar helix antennas with fixed arm length Yang Fang; Guo Chen-Jiang; Xu Jia-Dong; Ding You-Jun; Xie Chun-Jian;134

41. Microwave and Millimeter Wave Technology, 2007. ICMMT '07. International Conference on 18-21 April 2007 Page(s):l 4

42. Empirical helix antenna design Wong, J.; King, H.; Antennas and Propagation Society International Symposium, 1982 Volume 20, May 1982 Page(s):366 369

43. Design and implementation of a dual-band quadrifilar. helix antenna Hosseini, M.; Rezaei, PI; Hakkak, M.; Mathematical Methods in Electromagnetic Theory, 2004. 10th International Conference on Sept. 1417, 2004 Page(s):493 — 495

44. Силин PI А., Чепурных И: 111 Характеристики желобкового волновода// Электронная^техника. Сер.1. Электроника СВЧ. 1983 .Вып. 1

45. С. Нефедов, С. F. Сучков, А. В. Уполовнев, А. М. Шварцман //Расчет критических волновых чисел Н-волн в одно- и двухжелобковых волноводах // Электронная техника. Сер.6. Управление качеством; стандартизация, метрология, испытания.1990.Вып.1 (138).

46. Давидович М.В., Явчуновский. В.В. Электродинамическое моделирование камеры СВЧ^нагрева // РЭ. 2005. Т. 50. № Ю. С. 1252-1258

47. Давидович М.В., Явчуновский В.В. Электродинамическое моделирование резонаторной камеры СВЧ // Вопросы прикладной физики. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та. Вып. 10:2004. С. 36-42

48. Давидович М.В., Явчуновский В.В. Моделирование электромагнитных полей в камере СВЧ нагрева // Вопросы прикладной физики. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та. Вып. 10. 2004. С. 49-54

49. Давидович М.В., Явчуновский В.В. Моделирование прямоугольной камеры СВЧ нагрева с четырьмя вводами энергии // Актуальные проблемы электронного приборостроения. Материалы Международной н-т конф. Саратов, СГТУ. 2004. С. 231-234.

50. Ветров В^Б., Давидович М.В., Козлов A.B. Моделирование и экспериментальное исследование прямоугольной камеры СВЧ нагрева с распределенным вводом мощности // Радиотехника и связь. Материалы 4-й межд. н-т. конф. Саратов: СГТУ. 2007. С. 179-185.

51. Белавин KD.A:, Евстигнеев Mf.А., Чернявский А.Н. Трубчатые электронагреватели И' установки с их применением. Энергия; 1989.

52. Кудрявцев. И.Ф., Карасенко В.А. Электрический нагрев и электротехнология: Москва, "Колос", 1975.

53. Козлов A.B., Явчуновский В.В., Явчуновский В.Я. Воздухоподогреватель салона электротранспорта. Патент на изобретение 2008102712 от 29.01.08г.

54. Козлов A.B., Явчуновский В.В., Явчуновский В.Я. Устройство для подогрева воздуха салона электротранспорта. Патент на полезную модель 2008102714 от 29.01.08г.

55. Козлов A.B., Явчуновский В.В., Явчуновский В.Я. Отопитель электротранспортный. Патент на промышленный, образец 2008500244 от 29.01.08г.

56. Козлов A.B., Явчуновский В.В., Явчуновский В.Я. Воздухоподогреватель кабины водителя электротранспорта. Патент нал изобретение 2008102711 от 29г01.08г.

57. Козлов A.B., Явчуновский- В.В:, Явчуновский В:Я; Устройство- для> подогрева воздуха кабины электротранспорта. Патент на полезную модель 2008102713 от 29.01.08г.

58. Козлов,А.В., Явчуновский В.В., Явчуновский В.Я. Отопитель кабины, водителя' электротранспорта. Патент на промышленный' образец. 2008500245 от 29:01.08г.

59. Коз лов А;В. Исследование нелинейных теплофизических характеристик открытых спиралей и трубчатых электронагревателей, реализуемых в. нестационарных режимах их работы.// Естественные и технические науки. 2010 г. № 4, с. 41.-45.

60. Болгарский A.B., Мухачев Г.А., Щукин В.К. Термодинамика и теплопередача, М.:Высшая школа, 1975.

61. Волин M:JI. Паразитные процессы,в радиоэлектронной аппаратуре. М., «Радио и связь», 1981. 296 с.

62. Козлов A.B., Шаповалов A.C. О возможности использования силовых полупроводниковых диодов в электронагревательных приборах // Естественные и технические науки. 2010 г. №3, с. 35-43

63. Давидович М.В., Козлов A.B. Сравнительный,анализ методик оценки и моделирование спектров высших гармоник силовых полупроводниковых диодов.//

64. Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП). Материалы межд. н-т. конф. Саратов: СГТУ. 2010. С.464-470.

65. Петров Б.В., Глебин В. К. Анализ помех от выпрямителя с емкостной нагрузкой. «Радиотехника», № 1,1985 г.

66. Уильяме Т. ЭМС для разработчиков продукции. М., Издательский дом «Технологии», 2003. 540 с.

67. Пасковатый О.И. Электрические помехи в системах промышленной автоматики. М., «Энергия», 1973. 104 с.

68. Ровдо А.А. Полупроводниковые диоды и схемы с диодами. М., Лайт Лтд., 2000. 288 с.

69. Якушенков Ю.Г., Луканцев В.Н., Колосов М.П. Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах. М., Радио и связь, 1981. — 180 с.

70. Князев А.Д., Кечиев Л1Н., Петров1 Б.В. Конструирование радиоэлектронной и электронно-вычислительной аппаратуры с учетом электромагнитной совмести-мости. — М.: Радио и связь, 1989.

71. Виноградов К.Е. Статистико-детерминированная оценка электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств: диссертация . кандидата технических наук: 05.12.13- Ярославль, 2007. 173 е., Библиогр.: с. 125-135 РГБ ОД, 61:07-5/4560

72. А. Porst, F. Auerbach, Н. Brunner, G. Deboy, F. Hille. Improvement of the diode characteristics using emitter-controlled principles (EmCon-diode)// Proc. ISPD, 1997.

73. Давидович М.В., Козлов А.В. Интегро-дифференциальные уравнения и индуктивность при наличии электромагнитных экранов // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2010г. т. №2, с. 4651

74. Давидович М.В., Козлов A.B. Подавление электромагнитных помех от силовых установок электротранспорта.// Вестник Саратовского государственного технического университета, 2010г. (в печати)

75. Гольдштейн Л.Д. Электромагнитные волны/ Л.Д. Гольдштейн, Н.В. Зернов. М.: Сов. Радио, 1971. 662 с.

76. Калантаров П.Л. Расчет индуктивности/ П.Л. Калантаров, Л.А. Цейтлин. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 488 с.

77. Явчуновский В. Я: Микроволновая и комбинированная сушка: физические основы, технологии и оборудование. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1999:-217 с.

78. Митчелл Э., Уэйт Р. Метод конечных элементов для уравнений с частными производными. М.: Мир, 1981. - 216 с.

79. Левин г Л. Современная теория волноводов. М.:ИН, 1954, 198 с.

80. Давидович М. В., Алексеев О: КХ Волноводные зондовые структуры, для тестирования многослойных сред// Радиотехника и электроника, 2004, №6, с. 665-670.

81. Архангельский Ю.С., Девяткин И.И. Сверхвысокочастотные установки для-интенсификации технологических процессов. Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1983. 140с

82. СВЧ энергетика/ Под ред. Э". Окресса, Э. Д.* Шлиффера. В 3-х т. - М.: Мир, 1971, т.1 - 264, т.2 - 272, т.З - 248.

83. Лыков A.B. Теория сушки. М.: Энергия, 1969.

84. Калинин В.И., Герштейн Г.М. Введение в радиофизику. М: ГИТЛ, 1957, 660с.

85. Список основных сокращений

86. ВАХ — вольт-амперная характеристика;

87. ВГС высшие гармонические составляющие;

88. ВФХ вольт-фарадная характеристика;

89. ДУ дифференциальное уравнение;1. ЖВ желобковый волновод;

90. ИДУ интегро-дифференциальное уравнение;

91. ИРП индустриальные радиопомехи;

92. КВЧ крайне высокие частоты;

93. КНИ коэффициент нелинейных искажений;

94. КПД коэффициент полезного действия;

95. ПВ прямоугольный волновод;

96. ПМЭК — побочные электромагнитные колебания;

97. РП реактор помехоподавления;

98. РТУ радиотехнические устройства;1. СВЧ сверхвысокие частоты;

99. СПД силовой полупроводниковый диод;

100. ТЭН трубчатый электронагреватель;1. ФНЧ фильтр нижних частот;

101. ЭМС — электромагнитная совместимость;

102. ЭНУ электронагревательное устройство;

103. ЭТУ электротехнические устройства;

104. EmCon emitted controlled (управляемый по эмиттеру);