Разработка метода оптимизации СВЧ узлов диаграммообразующих схем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.07, кандидат наук Дударев Николай Валерьевич

• Дударев Николай Валерьевич
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Дударев Николай Валерьевич

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ СВЧ УЗЛОВ ДИАГРАММООБРАЗУЮЩИХ СХЕМ И ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНОГО МЕТОДА ИХ ОПТИМИЗАЦИИ

1.1 Роль и место диаграммообразующих схем в современных радиолокационных системах и комплексах

1.2 Анализ способов реализации ДОС и проблем при их практическом применении

1.3 Основные направления оптимизации ДОС на основе СВЧ плат

1.4 Принципы объемно-модульного построения СВЧ узлов диаграммообразующих схем

1.5 Этапы оптимизации объёмно-модульного построения матрицы Батлера

1.6 Выводы по главе

2 ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ПЕРЕДАЧИ СВЧ СИГНАЛОВ И ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОТКЛОНЕНИЙ НА ИХ ПАРАМЕТРЫ В ОБЪЁМНО -МОДУЛЬНЫХ ДОС

2.1 Анализ и выбор программного продукта для оценки параметров объёмно-модульной ДОС

2.2 Способы передачи мощности между частями ДОС. Контактный (гальванический) способ передачи мощности между частями ДОС

2.3 Бесконтактный способ передачи мощности на основе объёмно-модульного ОПЩ перехода

2.4 Исследование влияния конструктивных особенностей на электродинамические характеристики объёмного полосково -щелевого перехода СВЧ диапазона

2.5 Взаимное влияние элементов СВЧ тракта на электродинамические характеристики ОПЩ переходов

2.6 Исследование широкополосности ОПЩ перехода

2.7 Выводы по главе

3 РАСЧЁТ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЪЁМНО -МОДУЛЬНЫХ ДОС

3.1 Расчёт и электромагнитное моделирование объёмно-модульной матрицы Батлера

3.2 Расчёт и электромагнитное моделирование объёмно-модульного делителя мощности

3.3 Выводы по главе

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОЦЕНКЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ СВЧ УСТРОЙСТВ, РАЗРАБОТАННЫХ НА ОСНОВЕ ОБЪЁМНО-МОДУЛЬНОГО СПОСОБА ИХ ПОСТРОЕНИЯ

4.1 Описание экспериментальных исследований

4.2 Результаты исследования макета делителя мощности

4.3 Результаты сравнения измеренных характеристик делителя мощности с результатами его электромагнитного моделирования

4.4 Результаты исследования макета гибридного делителя мощности

4.5 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Патент на полезную модель №

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Акты о внедрении диссертационной работы

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Модель делителя глиссадного радиомаяка

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода оптимизации СВЧ узлов диаграммообразующих схем»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Диаграммообразующие схемы (ДОС) - это разновидность радиочастотных устройств, предназначенных для формирования требуемых амплитудно-фазовых распределений высокочастотного сигнала на излучающие элементы антенных решеток [38]. Значительное место в реализации данных устройств занимает технология СВЧ плат. Особенно широко данная технология используется для реализации ДОС в приемо-передающих трактах антенных решёток, где мощность сигнала, как правило, не превышает нескольких десятков-сотен ватт.

Современные требования по оптимизации, предъявляемые к разработке СВЧ ДОС, напрямую связаны с уменьшением их габаритных характеристик [90]. Повышение компактности ДОС достигается многоуровневым размещением функционала СВЧ устройств в виде многослойных плат. Для этого применяются технологии LTCC и HTCC, предусматривающие спекание отдельных плат (слоёв) в единую монолитную конструкцию [92]. По причине монолитного их построения для многослойных LTCC и HTCC плат характерна высокая их надежность. Но в тоже время такая конструкция изделия исключает его ремонтопригодность и оперативное изменение функционального предназначения (обусловлено монолитностью конструкции). При этом для изготовления таких ДОС необходимы дополнительные технологические операции по спеканию их частей. Применение подобного подхода экономически оправдано только для типовых крупносерийных изделий.

Для разрабатываемых, опытных и мелкосерийных образцов радиолокационных устройств целесообразным является применение недорогих способов построения ДОС, содержащих в себе высокий модернизационный потенциал, направленный на возможность оперативного создания из типовых элементов конструкции разнообразные по своему назначению ДОС. Такое построение ДОС исключает реализацию требование по их монолитности. При

этом габаритные характеристики данных устройств не должны уступать аналогичным многослойным монолитным аналогам.

Таким образом, к способу построения таких объемно-модульных ДОС предъявляется основное требование для их реализации: многослойность немонолитной конструкции. При этом их составные части должны иметь унифицированные габаритные и присоединительные размеры, а также стандартные элементы электромагнитной связи. Применение объёмно-модульного способа построения позволит на базе унифицированных составных частей (базовых элементов) реализовывать близкие по характеристикам устройства без использования трудоёмких и дорогостоящих технологических процессов. Такой способ реализации СВЧ устройств особенно востребован при стендовом моделировании работы радиолокационных устройств, применяемом как при проведении опытно-конструкторских разработок, так и в учебных целях. Кроме того, объемно-модульный способ построения ДОС целесообразен для использования в мелкосерийных изделиях, в которых с целью сокращения стоимости их разработки требуется предусмотреть максимальную унификацию составных частей и обеспечить достаточный задел для их модернизации.

До настоящего времени исследований потенциальных и реальных возможностей применения такого способа построения ДОС не проводилось по причине сложности обеспечения надёжной электромагнитной связи между отдельными немонолитными частями устройства. Решение проблемы обеспечения надёжной электромагнитной связи между базовыми элементами объемно-модульных ДОС является основой их построения. В частности, её решение связано не только с исследованием степени влияния конструктивных элементов объёмно-модульной ДОС на электродинамические характеристики элементов электромагнитной связи (объёмный полосково -щелевой переход), но и с разработкой технического решения, направленного на расширение их рабочего частотного диапазона.

Важной задачей в рамках решения указанной проблемы является оценка степени взаимного влияния элементов электромагнитной связи при высокой плотности их размещения и возможность её снижения.

Все вышеизложенное предопределило актуальность диссертационного исследования, направленного на разработку нового метода оптимизации СВЧ узлов диаграммообразующих схем на основе реализации объемно-модульного подхода к их построению.

Степень разработанности темы исследования характеризуется следующими основными достижениями.

Разработкой многослойных СВЧ плат занимается значительное количество отечественных и зарубежных компаний: ЗАО «ОСТЕК», ПТК «Печатные платы», «IBM», «NGK», «Toshiba», «Murata», ПТК «Печатные платы» ФГУП «Рязанский приборостроительный завод», DuPont, «Kyocera», «NEC», «Hitachi», «Fujitsu», «Matsushita», «НИИ КП», СПбГЭТУ «ЛЭТИ», ФГУП «Ростовский-на-Дону НИИ радиосвязи» (РНИИРС). Реализация многослойных СВЧ плат производится на основе фторопластовых или керамических подложек, представляющих собой многослойные структуры, выполненные с использованием технологий высокотемпературного HTCC (High Temperature Co-fired Ceramics) или низкотемпературного LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) обжига [80].

Другим способом оптимизировать конструкцию ДОС является применение интегральной технологии [21; 73]. Данный метод заключается в замене законченных элементов ДОС (направленные ответвители, фазовращатели, аттенюаторы, фильтры и др.) на конструктивно независимые элементы, устанавливающиеся на общее основание (плату). Данное конструктивное решение также способствует не только прогрессу по габаритным показателям СВЧ устройств, но и обеспечивает значительные возможности в реализации требований по их ремонтопригодности.

Разработка и изготовление СВЧ ДОС с применением интегральной технологии осуществляется компаниями: Anaren, Murata, Kyocera, IBM и др.

Достигнуть более высоких показателей в снижении габаритных характеристик, повышении ремонтопригодности, унификации ДОС можно с помощью разработки метода оптимизации на основе применения объёмно-модульной технологии. Этот метод содержит в себе преимущества вышеописанных технологий: многослойность и модульность построения ДОС.

При разработке объёмно-модульного способа построения ДОС за основу были взяты исследования, проведенные отечественными учеными: Б.И. Гвоздевым, Е.И. Нефёдовым [21-25], В.А. Тельцом [56; 86]. Анализ результатов проведенных ими исследований свидетельствует о том, что в полном виде объёмно-модульный принцип построения ДОС пока не реализован.

Объектом диссертационного исследования являются СВЧ устройства диаграммообразующих схем антенных решёток радиолокационных и радионавигационных комплексов.

Предметом диссертационного исследования является метод оптимизации построения ДОС с существенно улучшенными параметрами.

Цель работы и задачи исследования.

Целью диссертационной работы является разработка метода оптимизации СВЧ узлов диаграммообразующих схем, позволяющего уменьшить их габаритные характеристики и обеспечить функциональную перестраиваемость их назначения, достигаемую немонолитностью их составных частей.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решение следующих задач:

1. Определить основные направления оптимизации СВЧ узлов ДОС в процессе их разработки.

2. Исследовать влияние неоднородностей объёмно-модульной конструкции ДОС на электродинамические характеристики элементов передачи СВЧ мощности между отдельными её частями и определить условия обеспечения высокой плотности их компоновки с необходимыми конструктивными

решениями по обеспечению широкополосности элементов передачи СВЧ мощности.

3. Исследовать электродинамические характеристики объёмно-модульных ДОС, сравнить их по габаритным и электромагнитным характеристикам с аналогами, разработанными на основе традиционных технологий.

4. Разработать на основе применения объёмно-модульного метода оптимизации ДОС экспериментальный макет делителя мощности и провести сравнительную оценку его технических характеристик с аналогами и результатами математического моделирования.

Научная новизна результатов работы. В процессе выполнения диссертационного исследования получены результаты, научную новизну которых составляют:

1. Разработан новый метод оптимизации СВЧ узлов ДОС на основе объёмно-модульного их построения. Он отличается от существующих методов построения ДОС реализацией в одном устройстве требований по модульности и многослойности немонолитного конструктивного исполнения на уровне базовых элементов, их технологичности и компактности.

2. Получены результаты исследования электродинамических характеристик элементов передачи СВЧ мощности (полосково -щелевой переход), отличающиеся от известных на сегодняшний день результатов исследования тем, что они учитывают влияние конструктивных особенностей объёмно-модульного способа построения на их характеристики.

3. Впервые разработано конструктивное решение по осуществлению развязки между полосково-щелевыми переходами, щели которых размещены в непосредственной близости друг от друга на одном базовом элементе и отличается от известных тем, что для развязки используется дополнительная щелевая линия.

4. Впервые разработано конструктивное решение по обеспечению широкополосности объёмного полосково -щелевого перехода с учетом

особенностей объёмно-модульного способа построения, не имеющее своих аналогов.

5. Приведены результаты исследований диаграммообразующих схем, отличающихся от существующих аналогов тем, что для передачи СВЧ сигнала между их частями используются оригинальные широкополосные объёмные полосково-щелевые переходы.

Теоретическая и практическая значимость диссертационного исследования.

Теоретическая значимость работы заключается:

- в разработке нового метода оптимизации построения СВЧ узлов ДОС на основе объёмно-модульного способа их построения, позволяющего реализовать устройства в виде многослойных СВЧ плат, состоящих из конструктивно обособленных (конструктивно немонолитных) составных частей (базовых элементов);

- в оценке ранее неизвестных закономерностей влияния неоднородностей, обусловленных объёмно-модульной конструкцией их построения, на электродинамические характеристики элементов передачи СВЧ мощности;

- в определении ранее неизвестных условий обеспечения требуемых электродинамических характеристик полосково-щелевых переходов в условиях высокой плотности их компоновки и конструктивных решений по расширению их рабочей полосы при наличии особенностей объёмно-модульной метода построения ДОС.

Практическая значимость работы состоит:

- в реализации на основе объёмно-модульного метода оптимизации устройств ДОС с существенно, более чем в 10 раз, улучшенными габаритными характеристиками, по сравнению с действующим методом их построения, с одновременной возможностью изменения функционала ДОС путем замены необходимых составных частей;

- в оригинальном конструктивном решении задачи обеспечения широкополосности объёмного полосково-щелевого перехода;

- в оригинальном конструктивном решении задачи обеспечения высокой плотности размещения нескольких объёмного полосково-щелевых переходов;

- в разработке экспериментального образца делителя мощности для шести элементной антенной решётки, разработанного согласно принципу суперпозиции многослойности и модульности с применением разработанного метода оптимизации, позволяющего обеспечить минимальные габариты и функциональную перестраиваемость устройства.

Методы исследования.

При разработке модели, применяющейся для исследования электродинамических характеристик элементов объёмно-модульной конструкции, использовались методы решения задачи дифракции электромагнитных волн вблизи щелевого резонатора с последующим нахождением элементов матрицы рассеяния при помощи эквивалентных приближений.

Для анализа электродинамических характеристик применялись специализированные программные продукты электромагнитного моделирования, в основе которых лежит метод конечного интегрирования.

В ходе экспериментальных исследований электродинамических характеристик реальных образцов объёмно-модульных ДОС проводились их лабораторные измерения с использованием векторных анализаторов ОБЗОР ТР1300/1, Agilent E5071C и сравнение результатов измерения с данными, полученными в процессе виртуального моделирования с помощью прикладных программ.

Положения, выносимые на защиту

1. Определено, что объёмно-модульный метод оптимизации построения СВЧ узлов ДОС позволяет реализовать устройства в виде многослойных СВЧ плат с высокой модульностью их составных частей (базовых элементов). При этом каждая составная часть представлена в виде конструктивно обособленной и

законченной платы, с унифицированными габаритными, присоединительными размерами и стандартным способом электромагнитной связи, что позволяет собирать СВЧ узлы из базовых элементов с необходимыми электродинамическими характеристиками.

2. Доказано, что для связи конструктивно немонолитных частей необходимо использовать устройства бесконтактной передачи мощности, поскольку применение гальванических способов передачи СВЧ сигнала не обеспечивает стабильности его передаваемых электродинамических характеристик в условиях конструктивных неоднородностей, обусловленных немонолитностью составных частей.

3. Определено, что закономерности изменения электродинамических характеристик устройства бесконтактной передачи мощности (объёмный полосково-щелевой переход) при влиянии на него конструктивных особенностей, обусловленных совмещением принципов модульности и многослойности построения объёмно-модульной ДОС, обуславливают возможность применения объёмного полосково-щелевого перехода в качестве устройства для передачи СВЧ сигнала в объёмно-модульных ДОС.

4. Показано, что размещение объёмных полосково-щелевых переходов в составе одного базового элемента приводит к возникновению их взаимного электромагнитного влияния, которое может быть снижено дополнительной щелью, обеспечивающей возможность их совместного применения в рамках одного базового элемента.

5. Определено, что конструктивные решения по расширению полосы пропускания объёмного полосково-щелевого перехода в условиях конструктивных особенностей объёмно-модульной конструкции, позволяют обеспечить ширину его рабочей полосы до 25 % от центральной частоты.

Сведения о личном вкладе автора. Все основные результаты, представленные в диссертационной работе, получены автором лично. Подготовка

некоторых результатов исследования к публикациям в научных изданиях проводилась в ходе обсуждения совместно с соавторами.

Достоверность полученных результатов. Достоверность полученных в диссертации результатов подтверждается проведением моделирования объёмно-модульного элемента ДОС при помощи электромагнитных методик. Также результаты подтверждены выполненной оценкой электродинамических характеристик экспериментального макета элемента ДОС.

Содержание диссертации соответствует паспорту научной специальности 05.12.07 «Антенны, СВЧ устройства и их технологии» по пунктам 3 и 9: «Исследование и разработка новых антенных систем, активных и пассивных устройств СВЧ, в том числе управляющих, фазирующих, экранирующих и других, с существенно улучшенными параметрами»; «Разработка методов проектирования и оптимизация антенных систем и СВЧ устройств широкого применения» соответственно.

Апробация результатов. Полученные в процессе исследования результаты воплощаются в макете объёмно-модульной диаграммообразующей схемы «делитель мощности» предназначенной для шести элементной антенной сканирующей фазированной антенной решётки, результаты диссертационного исследования внедрены в производственный и учебный процесс.

Результаты работы представлялись на научно-технических конференциях: международной научно-практической конференции «Менеджмент качества, транспортная и информационная безопасность, информационные технологии», г. Санкт-Петербург. - 2018; 12-ой международной научно-технической конференции "Динамика систем, механизмов и машин», г. Омск - 2018; «Московский семинар по электронным и сетевым технологиям», г. Москва -2018; международной научно-практической конференции «Динамика взаимоотношений различных областей науки в современных условиях», г. Уфа -2017; международной научно-практической конференции «Планирование и проведение исследований и интерпретация экспериментальных данных по

изучению материалов различной природы», г. Омск. - 2017; международной научно-практической конференции «Взаимодействие науки и общества: проблемы и перспективы», г. Казань - 2017.

По результатам исследований получен патент на полезную модель RU № 175331 U1, МПК H01P5/10: «Широкополосный объёмный полосково-щелевой переход».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ, из них

3 научные статьи в журналах, входящих в перечень ВАК РФ; 3 статьи в материалах научных конференций, включенных в международную базу цитирования Scopus; 9 научных работ по теме проведенного исследования в других журналах и материалах российских и международных научно-технических и научно-практических конференций.

Структура и объём работы. Диссертационная работа включает введение,

4 главы, заключение, список использованной литературы, насчитывающий 110 наименований. Общий объём диссертационной работы 158 стр., 103 рисунка, 24 таблицы и 3 приложения.

Содержание работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и приложений.

Во введении обоснована актуальность диссертационного исследования; сформулирована цель диссертационной работы; приведен перечень решенных задач для её достижения; указаны положения, выносимые на защиту и определяющие научную новизну и практическую ценность результатов исследований.

В первой главе приведена сравнительная оценка способов реализации элементов ДОС фазированных антенных решёток: традиционный микрополосковый плоскостной способ, многослойный монолитный способ, способ реализации с сосредоточенными постоянными. Для каждого из способов их построения отмечены достоинства и недостатки.

Обоснована перспективность оптимизации СВЧ узлов на основе суперпозиции принципов модульности и многослойности его построения. Продемонстрированы этапы проектирования объёмно-модульных схем. Описана методика оценки электродинамических характеристик объёмно-модульной ДОС, основанной на использовании метода конечных интегралов.

Во второй главе приведены результаты исследования контактных и бесконтактных элементов передачи мощности для связи конструктивно немонолитных частей объёмно-модульной ДОС. Выявлены недостатки, препятствующие применению контактных элементов передачи мощности для связи конструктивно немонолитных частей объёмно-модульной ДОС. Доказана реальная возможность применения бесконтактной передачи мощности для электромагнитной связи между базовыми элементами. Представлена электродинамическая модель бесконтактного устройства передачи мощности (ОПЩ перехода). Приведена сравнительная с методом конечного интегрирования оценка её использования для расчета основных электродинамических характеристик объемного полосково -щелевого перехода.

Определена степень влияния конструктивных особенностей (неоднородностей) на электродинамические характеристики элемента бесконтактной передачи мощности, которая продемонстрировала реальную возможность его применения в составе объёмно-модульной ДОС.

Доказана возможность размещения нескольких ОПЩ переходов в рамках одного базового элемента. При этом определено, что оптимальным является размещение ОПЩ переходов, щелевые линии которых размещены параллельно.

Найдены конструктивные варианты расширения полосы пропускания ОПЩ перехода. В их основе лежит изменение «геометрии» щелевой линии, которая позволяет получить полосу пропускания около 3 % от центральной (расчётной) частоты. Разработано устройство на базе ОПЩ перехода, имеющее полосу пропускания частот около 25 % от центральной (расчётной) частоты.

Представлены результаты исследования влияния некоторых конструктивных особенностей (неоднородностей) объёмно-модульной ДОС: размера металлизированного слоя, в котором размещается щелевая линия, входящая в состав ОПЩ перехода, а также элементов крепления конструкции и элементов СВЧ тракта объёмно-модульной ДОС на электрические характеристики ОПЩ перехода. Для вышеперечисленных неоднородностей определены допустимые расстояния от края неоднородности до ОПЩ перехода, при которых не происходит искажение его электродинамических характеристик.

В третьей главе приведены конструктивные модели объёмно-модульных ДОС «матрицы Батлера» и делителя мощности. Представлены результаты их электродинамического моделирования в виде элементов матриц рассеяния. Проведена сравнительная оценка электродинамических характеристик модели объёмно-модульной ДОС «матрицы Батлера» с её традиционным аналогом, доказывающая практическую их эквивалентность.

В четвёртой главе изложена методика измерения электромагнитных характеристик разработанного автором макета делителя мощности для шести элементной антенной фазированной решётки при использовании измерительного комплекса «ОБЗОР ТР1300» и Agilent E5071C. Представлены результаты измерений его электродинамических характеристик. Сравнительная оценка полученных результатов с результатами электромагнитного моделирования показала практическую их идентичность.

В заключении приведено описание основных результатов проведенного исследования.

В приложениях представлены копии актов о внедрении разработанной ДОС, патент на полезную модель объемного полосково-щелевого перехода и результаты исследования делителя глиссадного радиомаяка.

1 АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ СВЧ УЗЛОВ ДИАГРАММООБРАЗУЮЩИХ СХЕМ И ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНОГО

МЕТОДА ИХ ОПТИМИЗАЦИИ

В данной главе проведён обзор существующих на сегодняшний день технологий изготовления СВЧ узлов диаграммообразующих схем, определены основные направления их совершенствования, выявлены недостатки наиболее распространённых способов реализации ДОС. Обоснован основной метод оптимизация СВЧ узлов на основе объёмно-модульного их построения, позволяющая устранить данные недостатки. В разделе 1.1. раскрыта роль и место диаграммообразующих схем в современных радиолокационных системах и комплексах. В разделе 1.2 рассмотрены способы реализации СВЧ узлов. В разделе 1.3 представлены направления совершенствования ДОС на основе СВЧ плат. Выявлены недостатки, свойственные существующим технологиям реализации ДОС. В разделе 1.4 обоснован принцип объёмно-модульной технологии, определены основные проблемы его реализации, из которых вытекают основные задачи, решаемые в последующих главах. В разделе 1.5 рассмотрены этапы построения объёмно-модульной ДОС. В разделе 1.6 сформулировано основное направление диссертационного исследования.

Основная задача главы - провести анализ состояния разработки СВЧ узлов ДОС; определить основные направления их совершенствования; обосновать основной метод их оптимизации; поставить задачи, доказывающие эффективность предложенного метода оптимизации СВЧ узлов современных ДОС.

1.1 Роль и место диаграммообразующих схем в современных радиолокационных системах и комплексах

Диаграммообразующая схема (ДОС) — это устройство, предназначенное для формирования требуемых амплитудно-фазовых распределений токов или полей возбуждения излучающих элементов, которым соответствуют диаграммы направленности, отличающиеся формой и направлением максимумов главных лепестков [38]. ДОС получили широкое применение в антенных решётках радиолокационных и радионавигационных комплексов. Любой антенный комплекс, имеющий антенную решётку, может быть обобщённо представлен в

виде структурной схемы (см. рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Функциональная схема антенной решётки: ДОС -диаграммообразующая схема, УП - управляющая периферия, ИП -информационная периферия, 1... M - элементы антенной решётки

В настоящий момент антенные решётки вместе с диаграммообразующими схемами применяются в разнообразных областях радиолокационной и радионавигационной техники: начиная от радиомаячных систем посадки в аэропортах и заканчивая системами обнаружения и сопровождения ракет. Широкое распространение антенных решёток связано со следующими их достоинствами [91]:

1. Антенная решётка, состоящая из т излучателей, увеличивает примерно в т раз коэффициент направленного действия антенны по сравнению с таким же одиночным излучателем.

2. Антенная решётка позволяет реализовать узкую диаграмму направленности, что лежит в основе высокой точности определения угловых координат целей в навигации, радиолокации и других радиосистемах.

В зависимости от типа антенной решётки, а также её технических характеристик применяются различные архитектуры ДОС [91]. Наиболее распространёнными ДОС в настоящее время являются: ДОС на основе делителя мощности, матрица Батлера, матрица Бласса, матрица Нолена, линза Ротмана [12; 19; 83; 91; 100], двумерные ДОС и др.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Дударев Николай Валерьевич, 2020 год

- 196 с.

61. Лычагин, Я. Я. Миниатюризация СВЧ узлов на базе полосковых печатных плат / Я.Я. Лычагин, Е.М. Воробьевский // Обмен опытом в радиопромышленности. - 1974. - № 10. - С. 34-38.

62. Материалы сайта фирмы Arlon. - URL: http://www.arlonemd.com/ (дата обращения: 15.02.2020)

63. Материалы сайта предприятий группы OSTEC. - URL: www.ostec-smt.ru (дата обращения: 15.02.2020)

64. Неганов, В.А. Полосково-щелевые структуры сверх- и крайне высоких частот / В.А Неганов, Е.И. Нефедов, Г.П. Яровой. - М. : Наука. Физматлит, 1996.

- 304 с.

65. Неганов, В.А. Метод интегральных представлений полей собственных волн в краевых задачах о собственных волнах полосково -щелевых структур / В.А. Неганов // Радиотехника и электроника. - 1989. - Том 34, №11. - С. 2251-2260.

66. Нефёдов, Е.И. Полосковые линии передачи / Е.И. Нефёдов, А.Т. Фиалковский. - М. : Наука, 1980. - 312 с.

67. Нефёдов, Е.И. Электродинамические основы автоматизированного проектирования интегральных схем СВЧ / под ред. Е. И. Нефёдова. - М. : Изд. ИРЭ АН СССР, 1981. - 226 с.

68. Нефёдов, Е.И. Полосковые линии передачи: Электродинамические основы автоматизированного проектирования интегральных схем СВЧ / Е.И. Нефёдов, А.Т. Фиалковский. - М. : Наука, 1980. - 314 с.

69. Никольский, В.В. Декомпозиционный подход к задачам электродинамики / В.В. Никольский, Т.И. Никольская. - М. : Наука, 1983. - 304 с.

70. Никольский, В.В. Вариационные методы для внутренних задач электродинамики / В.В. Никольский. - М. : Наука, 1967. - 460 с.

71. Никольский, В.В. Электродинамика и распространение радиоволн / В.В. Никольский, Т.И. Никольская. - М. : Наука, 1989. - 544 с.

72. Никольский, В.В. Автоматизированное проектирование устройств СВЧ /под ред. В. В. Никольского. - М. : Радио и Связь, 1982. - 272 с.

73. Официальный сайт 3D-plus. - URL: http://www.3d-plus.com/ru.php (дата обращения: 15.02.2020).

74. Официальный сайт Rogers Corporation. - URL: http://www.rogers-corp.com (дата обращения: 15.02.2020).

75. Официальный сайт Agilent technologies. - URL: https://priborm.ru/agilent-technologies-keysighttechnologies?yclid=18383565464631795348 (дата обращения: 15.02.2020).

76. Data Sheet Обзор ТR 1300/1. - URL: https:// instruments.ru /docs/PLANAR/0bzor_TR1300_1.pdf (дата обращения: 15.02.2020).

77. Официальный сайт производственного объединения Планар. - URL: http://www.planarchel.ru/ (дата обращения: 15.02.2020).

78. Пименов, Ю.В. Техническая электродинамика / Ю.В. Пименов, В.И. Вольман, А.Д. Иуравцов. - М. : Радио и Связь, 2002. - 536 с.

79. Покусай, В.В. Волноводно-полосковый переход на несимметричную полосковую линию / В.В. Покусай, И.И. Сапрыкин // Вестник Харьковского университета: Радиофиз. и электрон. - 1975. - Т. 130, вып. 4. - С. 69-71.

80. Потапов, Ю. Особенности технологии проектирования и производства LTCC-модулей / Ю. Попов // Технологии в электронной промышленности. - 2008. - № 3. - С. 59-64.

81. Просвирнип, С.Л. Волновое сопротивление щелевой линии / С. . Просвирнип // Радиотехника и электроника. - 1975. - Т. 20, № 4. - С. 820-822.

82. Разевиг, В. Д. Проектирование СВЧ устройств с помощью Microwave Office / В. Д. Разевиг, Ю.В. Потапов, А.А. Курушин. - М. : СОЛОН-Пресс, 2003. -493 с.

83. Ротхаммель, К. Антенны / К. Ротхаммель. - М. : Энергия, 1979. - 320 с.

84. Семёнов, Н.А. Техническая электродинамика / Н.А. Семёнов. - М. : Связь, 1972. - 480 с.

85. Ситнянский, Б. Д. Кольцевые направленные ответвители / Б.В. Ситнянский // Изв. вузов: Радиоэлектроника. - 1981. - Т. 24, № 5. - С. 76-78.

86. Телец, В.А. Построение трёхмерных электромагнитных моделей для микроминиатюрных робототехнических и информационных систем методом объёмно-планарного монтажа / В.А. Телец // Микросистемная техника. - 2001. -№ 5.

87. Тимофеева, Г.А. Опыт разработки высокочастотных трактов пассивных фазированных антенной решётки в виде гибридных интегральных модулей СВЧ / Г.А. Тимофеева, И.М. Бигильдин // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника.

- 2015. - Т. 15, № 4. - С. 33-49.

88. Фельдштейн, А.Л. Справочник по элементам полосковой техники / под ред. А. Л. Фельдштейна. - М. : Связь, 1979. - 336 с.

89. Фёдоров, А.Л. Некоторые результаты численного исследования щелевой и полосково-щелевой линии / А.Л. Фёдоров, П. П. Левина, Н. А. Хаметова // Радиотехника и электроника. - 1983. - Т. 28, № 7. - С. 1284-1292.

90. Фундаментальные пределы в радиоэлектронике и смежных областях // ТИПЭР. - 1981. - Т. 69, № 2. - С. 3-174.

91. Хансен, Р.С. Фазированные антенные решётки / Р.С. Хансен. - М. : Техносфера, 2012. - 557 с.

92. Чигиринский, С. Особенности и преимущества производства многослойных структур на основе керамики (LTCC, HTCC, MLCC) / С. Чигиринский // Компоненты и технологии.- 2009. - № 11. - С. 130-131.

93. Balanis, K.A. Antenna Theory: Analysis and Design / K.A. Balanis. - 2nd edition. - Wiley & Sons, 1997. - 942 p.

94. Clemens, M. Discrete Electromagnetism With The Finite Integration Technique / M. Clemens, Т. Weiland // Progress In Electromagnetics Research (PIER).

- 2001. - N 32. - P. 65-87.

95. Coifman, R. The fast multipole method for the wave equation: A pedestrian prescription / R. Coifman, V. Rokhlin, S. Wandsura // IEEE Antennas Propag. Mag. -1993. - Vol. 53, N 3. - P. 7-12.

96. Coifman, R. Faster single-stage multipole method for the wave Equation / R. Coifman, V. Rokhlin, S. Wandsura // 10-t Annual Rewiew of Progress in Applied Computational Electromadnetics. - 1994. - P. 19-24.

97. Dudarev, N.V. The influence of Design Features on the Electrical Characteristics of the Microwave Volumetric Strip-Slot Line Transition / N.V. Dudarev, S.N. Darovskikh, N.V. Vdovina // Proceedings of the 2018 International Conference «Quality Management, Transport and Information Security, Information Technologies», IT and QM and IS 2018 8525041. - 2018. - P. 428-431.

98. Dudarev, N.V. Volumetric-modular technology for building high-frequency diagramming devices / N.V. Dudarev, S.N. Darovskikh // Moscow Workshop on Electronic and Networking Technologies, MWENT 2018 - Proceeding. - 2018. - P. 14.

99. Dudarev, N.V. Design Fundamentals of a Three-Dimensional Modular Microwave Phase Converter / N.V. Dudarev, S.N. Darovskik, N.V. Vdovina // 12th International Scientific and Technical Conference "Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines". - Omsk, Russia - 2019. Режим доступа: https://www. researchgate.net/ publi cation/330244776_Design_Fundamentals_of_a_Three-Dimensional_ Modular_ Microwave_Phase_Converter - 02.03.20.

100. Hansen, R.C. Design Trades for Rotman Lenses / R.C. Hansen // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - April 1991. - Vol. 39, N 4. - P. 464-472.

101. Imanaka, Y. Multilayered Low Temperature Cofired Ceramics (LTCC) Technology / Y. Imanaka. - Springer Science, Inc., 2005.

102. Khandpur, R.S. Printed Circuit Boards. Design, Fabrication, Assembly and Testing / R.S. Khandpur. - Mc Grow-Hill Comp., Inc., Printed Circuit Boards, 2006.

103. Sturdivant, R. Millimeter-wave Performance of Alumina High Temperature Co fired Ceramics IC Packages / R. Sturdivant // IMAPS Conference. - San Diego, CA. 2006. - P. 1-4.

104. Официальный сайт РТС инжиниринг. - URL: http://www.rts-engineering.ru/TechPro/tpSM/tpSM_b_11.shtml (дата обращения: 15.02.2020).

105. Официальный сайт завода печатных плат Электроконнектю - URL: http://www.pselectro.ru/novosibirsk_PCB (дата обращения от 15.02.2020).

106. URL: http://www.pcbtech.ru/materialy-dlya-pechatnykh-plat (дата обращения: 15.02.2020).

107. URL: https://www.anaren.com/catalog#xinger (дата обращения от 15.02.2020).

108. URL: http://www.radiant.su/rus/catalog/?action=showptype&id=89&to=pro duction (дата обращения: 15.02.2020).

109. Wincza, К. Broadband Planar Fully Integrated 8x8 Butler Matrix Using Coupled-Line Directional Couplers / К. Wincza, К. Sachse // IEEE Transaction on microwave theory and techniques. - 2011 Oct. - Vol. 50, N 10. - P. 2441-2446.

110. Zhang, W. High performance piezoelectric materials and devices for multilayer low temperature co-fired ceramic based microfluidic systems. Doctoral dissertations / W. Zhang. - University of Kentucky, 2011.

Приложение А Патент на полезную модель № 175331

Приложение Б Акты о внедрении результатов диссертационной работы

Приложение В Модель делителя глиссадного радиомаяка

Рисунок В.1 - Платы делителя мощности ГРМ

Рисунок В.2 - Делителя мощности ГРМ в собранном состоянии

Рисунок В.3 - Схема измерения делителя мощности ГРМ

Результаты измерения делителя мощности ГРМ

Таблица В.1

КСВН

Наименование входа БЧУК БЧШК НБЧУК НБЧШК

Значение 1,06 1,12 1,17 1,14

Таблица В.2

Результаты измерения амплитудного распределения, |дБ|

Выходы Входы делителя

БЧУК НБЧУК НБЧ] ШК БЧШК

Измер. Рассч. & Измер Рассч. Измер Рассч. & Измер. Рассч. &

1 7,8 7,6 7,8±1,8 - - - - - - 12,7 12,5 12,5±1,8

2 12,7 12,3 12,5±1,8 3,3 3,2 3,5±1,8 8,3 8,4 8,7±1,8 7,7 7,4 7,8±1,8

3 7,8 7,5 7,8±1,8 8,3 8,4 8,7±1,8 3,4 3,2 3,5±1,8 12,6 12,5 12,5±1,8

4 12,9 12,4 12,5±1,8 - - - - - - 7,8 7,5 7,8±1,8

Таблица В.3

Результаты измерения фазового распределения, град

Выходы Входы делителя

БЧУК НБЧУК НБЧ] ОК БЧШК

Измер. Рассч. & Измер Рассч. Измер Рассч. & Измер. Рассч. &

1 0 0 0±10 - - - - - - 0 0 0±10

2 173 -179 180±10 0 0 0±10 0 0 0±10 -8,3 1 0±10

3 -2,6 0 0±10 176,5 -181 180±10 1 -1 0±10 -2,3 0 0±10

4 176 180 180±10 - - - - - - -3,4 0 0±10