Разработка преобразователей частоты КВЧ диапазона тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Билинский Кирилл Владимирович

• Билинский Кирилл Владимирович
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Билинский Кирилл Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Балансный смеситель

1.1.1 Теоретический анализ

1.1.2 Обзор существующих балансных смесителей

1.2 Субгармонический смеситель

1.2.1 Теоретический анализ

1.2.2 Обзор существующих субгармонических смесителей

1.3 Гармониковый смеситель

1.3.1 Теоретический анализ

1.3.2 Обзор существующих гармониковых смесителей

1.4 Умножители частоты

1.4.1 Теоретический анализ

1.4.2 Обзор существующих умножителей частот

1.5 Детекторы

1.5.1 Теоретический анализ

1.5.2 Обзор существующих детекторов

1.6 Методики исследования параметров преобразователей частот

1.6.1 Балансный смеситель

1.6.2 Субгармонический смеситель

1.6.3 Гармониковый смеситель

1.6.4 Умножитель частоты

1.6.5 Детектор

1.6.6 Статистическая обработка результатов измерений

1.7 Постановка цели и задачи работы

2 СМЕСИТЕЛИ

2.1 Балансный смеситель

2.1.1 Конструкция и принцип действия

2.1.2 Электродинамическое моделирование и нелинейный анализ

2.1.3 Результаты исследования электрических параметров

2.1.4 Основные результаты раздела

2.2 Субгармонический смеситель

2.2.1 Конструкция и принцип действия

2.2.2 Электродинамическое моделирование и нелинейный анализ

2.2.3 Результаты исследования электрических параметров

2.2.4 Основные результаты раздела

2.3 Гармониковый смеситель

2.3.1 Конструкция и принцип действия

2.3.2 Электродинамическое моделирование и нелинейный анализ

2.3.3 Исследование электрических параметров

2.3.4 Исследование влияния конструкции антипараллельной пары диодов Шоттки на потери преобразования гармонического смесителя W-диапазона

2.3.5 Основные результаты раздела

2.4 Гармониковый смеситель с согласованной нагрузкой

2.4.1 Конструкция и принцип действия

2.4.2 Результаты исследования электрических параметров

2.4.3 Статистическая обработка результатов измерений для смесителя Е-диапазона

2.4.4 Основные результаты раздела

3 УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

3.1 Конструкция и принцип действия

3.2 Электродинамическое моделирование и нелинейный анализ

3.3 Результаты исследования электрических параметров

3.4 Основные результаты раздела

4 ДЕТЕКТОР

4.1 Конструкция и принцип действия

4.2 Электродинамическое моделирование

4.3 Результаты исследования электрических параметров

4.4 Основные результаты раздела

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Копии актов использования результатов диссертационной работы

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Копии документов о результате интеллектуальной деятельности

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка преобразователей частоты КВЧ диапазона»

Актуальность темы исследования

В последнее время в радиоэлектронной технике наблюдается все более активное использование КВЧ-диапазон электромагнитного излучения. Появляются новые миниатюрные сверхскоростных систем приема/передачи информации, линий связи, прецизионное контрольно-измерительное оборудование КВЧ-диапазона. Все это требует новой компонентой базы и полноценных узлов приемо-передающего тракта. В частности, существует потребность в устройствах, позволяющих осуществлять частотные преобразования и перенос КВЧ-радиосигнала в область более низких частот и обратно. Преобразование частоты подразумевает наличие нелинейного полупроводникового элемента, на котором данное преобразование происходит. Для КВЧ-диапазона в качестве нелинейного элемента широко применяется диод с барьером Шоттки, что определяется такими его преимуществами, как высокая частота (десятки терагерц) и низкий уровень собственных шумов. Преобразователи частоты КВЧ-диапазона востребованы в приемо-передающей радиотехнике, измерительной технике, системах широкополосной и высокоскоростной связи, неразрушающем контроле, радиотомографии, астрономии, радиолокации, дефектоскопии, медицине, военной технике.

В настоящее время подавляющее большинство используемых в нашей стране пассивных преобразователей частоты либо зарубежного производства, либо реализованы на иностранной компонентной базе. Дальнейшее их применение связано с такими сложностями как высокая стоимость, нестабильность и долгий срок поставок, ограничения на их технические характеристики и зависимость от санкционной политики. Поэтому разработка преобразователей частоты КВЧ-диапазона на основе ответственной электронной компонентной базы является актуальной и востребованной.

Степень разработанности темы исследования

В современной научной литературе (в основном зарубежной) активно обсуждается моделирование, разработка и исследование преобразователей частоты КВЧ-диапазона, а также перспективы их применения в измерительной, медицинской и бытовой технике. Известными зарубежными исследователями в данной области являются Thomas B., Treuttel J., Maestrini A., Brian J. Drouin, Wang H., Alderman B., Javadi H.S., Jung C., Zhang B., Chen Z., Louhi J.T., Jung C., Chattopadhyay G., Davis S., Gill J.J., Yang X., Fan Y. Отечественными представителями, которые внесли существенный вклад в исследования данной области, являются Божков В.Г., Торохов Н.А., Геннеберг В.А., Березин В.В., Паршин В.В., Белов Л.А. Однако, на данный момент подавляющее большинство преобразователей частоты КВЧ диапазона все еще остаются преимущественно иностранного производства. Отечественные аналоги либо обладают сравнительно худшими характеристиками, либо вообще отсутствуют. В связи с чем актуальна

разработка отечественных преобразователей частот КВЧ диапазона на отечественных компонентах, по характеристикам не уступающим иностранным аналогам.

Цель диссертационной работы - создание пассивных преобразователей частоты КВЧ диапазона на отечественной компонентной базе, нелинейным элементами которых выступают диоды с барьером Шоттки.

Задачи, которые необходимо решить для достижения цели:

1. Провести анализ основных электрических параметров (потери преобразования, эффективность, чувствительность по току и напряжению) для основных типов пассивных преобразователей частоты (балансный, субгармонический, гармониковый смесители, умножитель, детектор) КВЧ-диапазона, нелинейным элементом (НЭ) которых является диод (диоды) с барьером Шоттки (ДБШ).

2. Провести анализ линейных (ВАХ, ВФХ) и динамических характеристик диода с барьером Шоттки, получить линейную модель НЭ (в которой переход металл-полупроводник заменен эквивалентной схемой, с параметрами, соответствующими рабочему режиму преобразователя частоты) для электродинамического моделирования, получить нелинейную модель НЭ для нелинейного анализа.

3. Адаптировать традиционный метод численного расчета с учетом характеристик нелинейного элемента для разных типов преобразователей частоты КВЧ-диапазона.

4. Разработать пассивные преобразователи частоты КВЧ-диапазона: балансный смеситель (НЭ - последовательная пара ДБШ со средним выводом); субгармонический смеситель (НЭ -антипараллельная пара ДБШ); гармониковый смеситель (НЭ - антипараллельная пара ДБШ); умножителей (НЭ - последовательная пара ДБШ со средним выводом); детектор (НЭ -антипараллельная пара ДБШ).

5. Исследовать основные электрические параметры (потери преобразования, эффективность, чувствительность по току и напряжению), разработанных преобразователей частоты КВЧ-диапазона.

6. Исследовать влияние конструкции нелинейного элемента на электрические параметры преобразователей частоты.

7. Провести сравнительный анализ экспериментальных данных с результатами моделирования по адаптированному методу расчета преобразователей частоты КВЧ-диапазона.

Объект и предмет исследования

Объектом исследования являются пассивные преобразователи частоты КВЧ-диапазона, в качестве нелинейного элемента которых выступают полупроводниковые диоды с барьером Шоттки. Предметом исследования являются электрические параметры преобразователи частоты КВЧ-диапазона.

Методы исследования

Теоретические методы исследования базируются на электромагнитных уравнениях Максвелла, зонной теории твердого тела, физической теории контакта металл-полупроводник. Проведение линейного электродинамического анализа и расчёта трехмерных волноводно -микропосковых конструкций осуществлялось в CST Studio Suite. Проведение нелинейного анализа преобразователей частот на основе нелинейной модели ДБШ осуществлялось в программе Advanced Design System.

Экспериментальные исследования электрических параметров преобразователей частот осуществлялись в соответствии со стандартизированными методами измерения, изложенными в ГОСТ 202771.1-91 «Изделия электронные СВЧ. Методы измерения электрических параметров», а также ГОСТ 19656.13-76 «Диоды полупроводниковые СВЧ детекторные. Методы измерения тангенциальной чувствительности». Измерения электрических параметров преобразователей частот осуществлялись с использованием поверенных средств измерений.

Анализировалась связь между радиотехническими характеристиками КВЧ-устройств и физическими параметрами в совокупности с конструктивными особенностями нелинейного элемента на основе диода с барьером Шоттки.

Научная новизна заключается в следующем (оригинальные результаты соответствуют научной специальности 2.2.13 Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения по п. 4, в части разработки и исследования устройств преобразования радиосигналов в радиотехнических системах различного назначения создания эффективных методов их расчета; по п. 14, в части разработки и исследования методов моделирования радиотехнических устройств; по п. 18, в части разработка радиотехнических устройств для их использования в промышленности, метрологии, информационно-измерительной технике, и других применений):

1. Получен адаптированный метод расчета преобразователей частоты, отличающийся учетом электрофизических свойств нелинейного элемента - диода с барьером Шоттки.

2. Получен новый способ согласования гармоникового смесителя по волноводному радиосигнальному входу, отличающийся размещением согласованной волноводной нагрузки в отдельном отрезке волноводной линии, соединенной с входным радиосигнальным волноводом микрополосковой линией посредством микрополоского-волноводных переходов.

3. Для гармоникового смесителя W-диапазона получены значения параметров наиболее подходящей конструкции нелинейного элемента (антипараллельной пары ДБШ), производимого предприятием АО «НИИПП», отличающиеся величинами длины мостикового анодного вывода, расстояния между мостиковыми анодными выводами, диаметра барьерного контакта Шоттки.

4. Разработаны широполосные преобразователи частоты КВЧ-диапазона на следующие диапазоны частот: балансные смесители - (75-110) ГГц и (110-170) ГГц; субгармонические

смесители - (75-110) ГГц и (110-170) ГГц; гармониковые смесители - (40-60) ГГц, (50-75) ГГц, (60- 90) ГГц, (75-110) ГГц, (110-170) ГГц; утроитель частоты - (75-110) ГГц; детекторы -(75- 118) ГГц и (110-178) ГГц, - отличающиеся топологией волноводно-микроплосковых конструкций, а также размещением нелинейного элемента (последовательная пара ДБШ со средним выводом, антипараллельная пара ДБШ, последовательная пара ДБШ) на полиимидной подложке.

Положения, выносимые на защиту (ПВЗ) диссертантом:

1. Адаптированный метод расчета широкополосных преобразователей частоты КВЧ-диапазона на основе расчетной модели нелинейного элемента и нелинейной модели ДБШ, учитывающих эквивалентные характеристики ДБШ в рабочем режиме, а также паразитные параметры, обусловленные конструкцией ДБШ и технологическими особенностями производства, позволяет разрабатывать широкополосные преобразователи частоты в диапазоне частот (40- 170) ГГц по своим электрическим параметрам не уступающим иностранным аналогам.

2. Конструктивные параметры антипараллельной пары ДБШ (длина мостикового анодного вывода - 50 мкм, расстояние между мостиковыми анодными выводами - (50-90 мкм), диаметр барьерного контакта Шоттки - 2,2 мкм) позволяют для гармоникового смесителя с рабочим диапазоном (75-110) ГГц, работающего в линейном режиме (мощность радиосигнала < 0 дБм) на 8, 10, 12 гармониках сигнала гетеродина, снизить потери преобразования до (25±3) дБ при мощности сигнала гетеродина (15-18) дБм, в полосе ПЧ (0,01-2) ГГц.

3. Новый способ согласования гармоникового смесителя по волноводному входу радиосигнала, заключающейся в размещении согласованной нагрузки в отдельном отрезке волноводной линии, соединенной с входным радиосигнальным волноводом микрополосковой линией посредством микрополоского-волноводных переходов, позволяет снизить неравномерность коэффициента преобразования на (3-5) дБ и улучшить КСВН не менее чем в 1,7 раза.

Обоснование достоверности ПВЗ

Достоверность получаемых данных базируется на результатах измерений, проведенных с использованием поверенных средств измерений АО «НИИПП». О достоверности также свидетельствует качественная и количественная согласованность результатов измерений, независимо полученных с помощью поверенных средств измерений, работающих в перекрывающихся частотных областях.

Теоретическая значимость

1. Получен адаптированный метод расчета волноводно-микрополосковых конструкций широкополосных преобразователей частоты КВЧ-диапазона на основе созданных моделей ДБШ:

эквивалентной модели для электродинамического моделирования; нелинейной БРГСБ-модели для нелинейного анализа.

2. Доказана (экспериментально) эффективность применения адаптированного метода расчета при разработке широкополосных преобразователей частоты КВЧ-диапазона в диапазоне (40 - 170) ГГц. Результаты расчета и эксперимента потерь преобразования смесителей и умножителя имеют значительную качественную и количественную корреляцию данных.

3. Получены частотные зависимости потерь преобразования гармоникового смесителя на диапазон (75-110) ГГц в зависимости от величин конструктивных параметров нелинейного элемента (антипараллельной пары ДБШ): длина мостикового анодного вывода, расстояние между мостиковыми анодными выводами, диаметр барьерного контакта Шоттки.

4. Получены частотные зависимости чувствительности по напряжению детектора диапазона (75-110) ГГц в зависимости от величин конструктивных параметров нелинейного элемента (последовательной пары ДБШ).

Практическая значимость

1. На основе отечественных комплектующих разработаны и изготовлены пассивные преобразователи частоты КВЧ-диапазона (смесители: балансный, субгармонический, гармониковый; умножитель, детектор) с электрическими параметрами не хуже, чем у иностранных аналогов. Разработанные преобразователи частоты КВЧ-диапазона являются одним из ключевых элементов в составе изделий государственных контрактов по импортозамещению на выполнение ОКР «Конвертер-МН», «База-08», «Модуль-08». Они также могут применяться в качестве узлов приемо-передающих устройств КВЧ-диапазона и измерительной техники.

2. Разработан новый способ согласования гармоникового смесителя по волноводному радиосигнальному входу, улучшающий электрические параметры и упрощающий настройку смесителя.

3. Предложена и апробирована реализация пассивных КВЧ-узлов преобразователей частоты (полосно-заграждающие фильтры, волноводно-микрополосковые переходы, согласующие линии) на микрополосковых подложках из полиимида взамен традиционно используемых кварцевых подложек. Это позволяет на имеющемся технологическом оборудовании предприятия АО «НИИПП» получать диэлектрические подложки с более высоким, чем у кварца, аспектным соотношением, при меньшей стоимости исходного материала.

Использование и апробация результатов

Получены 3 акта использования результатов диссертационной работы предприятием АО «НИИПП». Полученные в результате выполнения диссертационной работы преобразователи частоты были использованы в качестве ключевых узлов изделий, разрабатываемых по

государственным контрактам на выполнение опытно-конструкторских работ «Конвертер-МН», «База-08», «Модуль-08». Также полученные результаты использованы при написании отчетов в процессе выполнения этапов ОКР «Конвертер-МН», «База-08», «Модуль-08». Подана заявка для государственной регистрации патента на полезную модель на новый способ согласования гармоникового смесителя по волноводному радиосигнальному. Десять разработанных преобразователей частоты СМ-02-Г, СМ-03-Г, СМ-04-Г, СМ-05-Г, СМ-06-Г, СМ-03, СМ-02, Д- 03, УМ-02-П, УМ-03-П пошли в серийное производство и осуществлены их поставки заказчикам. Результаты исследования характеристик разработанных гармониковых смесителей U, V, E, W, D- диапазонов представлены в трудах конференции «Обмен опытом в области создания сверхширокополосных радиоэлектронных систем» X Всероссийская научно -технической конференции, Омск, 2024 г. Результаты исследования характеристик разработанных детекторов W, D-диапазонов представлены в трудах конференции - VII Международной научно-технический форум «Современные технологии в науке и образовании», 2024, Рязань РГРТУ.

Публикации. По результатам выполненной работы опубликовано 7 научных работ, 4 из которых вышли в рецензируемых периодических журналах из списка ВАК (Доклады ТУСУР; Вестник Поволжского Государственного Технологического университета; Ural Radio Engineering Journal, Russian Physics Journal (Web of Science)), 2 в сборниках международных конференций, 1 в прочих журналах, подана заявка на государственную регистрацию патента на полезную модель.

Личный вклад автора. Результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, составляющие практическую значимость и научную новизну, сформулированные в положениях, выносимых на защиту, получены непосредственно автором или при его участии. Непосредственный вклад автора состоит в разработке преобразователей частоты: адаптации традиционной метода расчета с учетом вольт-амперных, вольт-фарадных и динамических характеристик, паразитных параметров ДБШ производства АО «НИИПП»; численном линейном и нелинейном моделировании; разработке волноводно-микрополосковых конструкций конечных устройств; сборке макетов; настройке параметров; проведении экспериментов; анализе полученных данных. А также личный вклад автора состоит в применении, в качестве материала высокочастотной подложки, полиимида для разрабатываемых преобразователей частоты (впервые в АО «НИИПП»). Автором предложена идея и осуществлена практическая реализация способа согласования гармоникового смесителя по радиосигнальному волноводному входу (составлена заявка на государственную регистрацию патента на полезную модель).

Постановка задач для диссертационного исследования, обобщение экспериментальных данных и подготовка к публикациям результатов исследований выполнены совместно с научным руководителем кандидатом физ.-мат. наук, доцентом Г.Е. Кулешовым.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, заключения, списка сокращений, списка использованных источников, включая список публикаций по теме исследования, и двух приложений. Работа изложена на 173 страницах машинописного текста, содержит 144 рисунка и 18 таблиц. Список использованных источников включает 160 наименований.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР Вступление

Миллиметровый диапазон длин волн, включающий в себя электромагнитные волны с длиной волны от 10 мм до 1 мм (или в частотном представлении КВЧ - (30-300) ГГц) [1] начал использоваться человечеством еще с середины прошлого века [2, 3] с появлением электровакуумных приборов, таких как лампа обратной волны [4], лампа бегущей волны [5], магнетрон [6], клистрон [7]. В настоящее время проявляется тенденция к увеличению применения миллиметрового диапазона длин волн (ММВ) в следующих сферах человеческой жизнедеятельности: радиоэлектронная промышленность [8, 9], средства радиосвязи и передачи данных [10-12], дистанционное зондирование [13, 14], радиолокация [15, 16], навигация [17, 18], системы сканирования и визуализации объектов [19] научные исследования структуры веществ и материалов [20], радиоастрономия [21], радиоспектроскопия [22, 23], дефектоскопия [24], военная и специальная техника [25], КВЧ-терапия [26-28]. Такая востребованность миллиметрового диапазона длин волн обусловлена двумя основными факторами. Во-первых, наличием в природе многообразия фундаментальных процессов и явлений, которые связаны с непосредственным воздействием миллиметровых волн [29, 30]. Во-вторых, значительными преимуществами ММВ перед длинноволновыми, коротковолновыми, УКВ, дециметровыми радиоволнами при решении ряда практических задач [31-35]. В отличие от длинноволнового диапазона ММВ при значительно меньших размерах антенных устройств позволяют обеспечить высокую направленность радиоизлучения, высокое пространственное разрешение, скрытность каналов связи, помехоизоляцию, широкие рабочие полосы и высокие скорости передачи информации [36-38]. В сравнении с диапазонами СВЧ и ИК миллиметровые волны обладают определенными преимуществами распространении в земной атмосфере, заключающимися в меньшем поглощении (в определенных промежутках спектра ММВ), особенно в сложных погодных условиях с повышенным затуханием (дождь, туман, смог, снег и т.п.) [39, 40].

Широкое применение ММВ в многих сферах промышленности и человеческой жизнедеятельности [8-28] связано с особенностями распространения электромагнитных волн КВЧ-диапазона в земной тропосфере [39-40]. В связи с особенностями распространения ММВ (рисунок 1) выделяют следующие «окна прозрачности» в земной атмосфере: (30-51,4) ГГц, (66-105) ГГц, (134170) ГГц, (190-275) ГГц; и участки поглощения: (51,4-66) ГГц, (105-134) ГГц, (170- 190) ГГц [41].

Диапазоны частот (71-76) ГГц, (81-86) ГГц, (92-95) ГГц, (137-142) ГГц имеют ряд преимуществ для передачи и приема информации: большая скорость передачи данных (до 10 Гбит/с и более); высокий уровень защиты от индустриальных и прочих электромагнитных помех; возможность значительного снижения геометрических размеров и массогабаритов антенных КВЧ-систем; получение более узких диаграмм направленности передающей и приемной антенн (0,3-1,5°),

что приводит к увеличению дальности связи в сравнении с устройствами СВЧ-диапазона [31]. Минимизация размеров антенн также приводит к снижению ветровой нагрузки, повышению надежности и снижению себестоимости антенных систем. В свою очередь наличие узких диаграмм направленности у приемо-передающих антенн позволяет добиться практически полной развязки между соседними базовыми станциями и увеличить дальность действия каналов связи. При создании базовых станций сотовой связи многочастотного режима это позволяет размещать антенны максимально близко друг к другу (на расстоянии порядка десятка миллиметров) или обеспечивать высокую энергетическую скрытность.

Рисунок 1 - Затухание ММВ в земной атмосфере [31]

К недостаткам применения ММВ относят энергетические потери при распространении электромагнитной волны в тропосфере (подробно описанные в работе [36]), обусловленные затуханием, рассеиванием, поглощением радиоволн, деполяризацией, а таже сезонным фактором.

«Затухание радиоволн в тропосфере делится на резонансное и нерезонансное. Резонансное затухание заключается в способности молекул поглощать электромагнитные волны и поле собственных спектров излучения. Поглощение энергии происходит при совпадении частоты радиоволны с одной из дискретных частот внутримолекулярных квантовых энергетических уровней. Обратный переход с более высокого энергетического уровня на более низкий сопровождается

излучением электромагнитных квантов на собственной резонансной частоте, обуславливающий увеличение шумов. Нерезонансное затухание происходит вследствие потерь энергии при распространении электромагнитной волны в различных метеорологических условиях, таких как гидрометеоры (дождь умеренной и большой интенсивности, туман), облака, прочие метеорологические явления в нижних слоях тропосферы» [36].

«Основной недостаток использования ММВ это большое поглощение (30-50 дБ/км) радиосигнала в тропосфере особенно в условиях повышенной влажности. Причины поглощения ММВ тропосферой следующие: поглощение в гидрометеорах, молекулярное поглощение, рассеяние на молекулах и агрегатах молекул (в условиях дымки), поглощением в присутствующих в тропосфере твердых частиц (пыль, дым, мгла)» [36]. Исходя из работ [33-35] можно коротко сказать о поглощении радиоволн в гидрометеорах, «каждое водяное капельное образование представляется в виде полупроводника, в котором распространяющаяся электромагнитная волна наводит токи смещения. Плотность токов смещения пропорциональна частоте радиоволны и весьма значительна, так как диэлектрическая проницаемость воды составляет (80-90) отн. ед. Потери на токи смещения в каплях воды приводят к поглощению электромагнитной волны. Ослабление увеличивается с ростом интенсивности осадков и размеров капель (размер капли становится сопоставимым с длиной радиоволны)» [36]. «Явление деполяризации [34] заключено в том, что наводимые в каплях дождя (тумана) токи смещения являются источником рассеянного (вторичного) излучения, приводящие к появлению взаимных помех между каналами и уменьшающие развязку между ортогонально поляризованными радиоволнами. Молекулярное поглощение выражено в поглощении ММВ в газах, входящих в состав тропосферы (молекулы водяного пара и кислорода). Что обусловлено избирательному поглощению радиоволн определенной длины при их резонансном взаимодействии с молекулами воды и кислорода на частотах близких к частотам собственных колебаний. Для кислорода интенсивное поглощение происходит на частотах 60 и 120 ГГц, а для водяного пара на частотах 167 и 222 ГГц, в углекислом газе, метане, азоте поглощение ММВ отсутствует» [42].

Зависимость амплитуды напряженности ММВ (|И|) в нижних слоях тропосферы описывается формулой (1)

И = \Е01 ехр(-^г), 3 = 3Г +ЯТМ (1)

где |£о| - напряженность поля без учета поглощения, 5 - коэффициент поглощения радиоволн в тропосфере на 1 км пути, г - расстояние, пройденное в поглощающем участке тропосферы, 5г -коэффициент поглощения в газах, 5™ - коэффициент поглощения в гидрометеорах» [35]. На рисунке 2 приведен график зависимости поглощения радиоволны в зависимости от частоты при интенсивности осадков в 100 мм/ч.

Частота, ГГц а)

б)

Рисунок 2 - Зависимость коэффициента поглощения |Е| ММВ (а), и сравнение ослабления ММВ, вызванное поглощением в гидрометеорах и газах нижних слоев земной атмосферы [43]

Частоты, соответствующие максимумам поглощения в атмосфере (60, 120, 167, 222 ГГц) можно применять на межспутниковых линиях связи большой протяженности [39]. В данном случае атмосфера выступает в роли селективного заграждающего фильтра для помех Земли.

Таким образом, решение огромного многообразия практических задач, перечисленных ранее [8-35] невозможно без опережающего развития радиоизмерительной техники КВЧ диапазона. Радиоизмерительные приборы имеют тенденцию к увеличению широкополосности, точности, расширению пределов измерений в область ММВ и выше, повышению надежности, снижению массогабаритов, повышению степени автоматизации.

В составе подавляющего большинства приемо-передающих и измерительных приборов, работающих в КВЧ-диапазоне, широко используются разнообразные полупроводниковые преобразователи частоты: смесители [44], детекторы [45], умножители [46], делители [47], модуляторы [48], генераторы гармоник [49], стробоскопические преобразователи [50]. Преобразователи частоты - это либо входные приёмные устройства, преобразующие спектр высокочастотных сигналов в относительно низкочастотный диапазон промежуточных частот, где происходит регистрация и дальнейшая обработка сигналов (анализаторы спектра [51], векторные [52] и скалярные [53] анализаторы цепей, частотомеры [54], приемный канал расширителей частот [55], амплифазометры [56], стробосциллографы [57], панорамные измерители КСВН и ослабления [58]); либо выходные устройства, осуществляющие перенос низкочастотных информационных сигналов в высокочастотный диапазон для передачи к измеряемому объекту (векторный анализатор

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Билинский Кирилл Владимирович, 2025 год

АКТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

результатов диссер тационной работы «Разработка п реоб рада гштел е й частоты KB Ч-диапазон а» инженера-конструктора ДО «НИИПП» Б и лине кого Кирилла Владимировича

Настоя!ций Акт составлен в том, что результаты диссертационной работы К.В, Билинского используются в качестве ключевых узлов изделий, разрабатываемых по государственному контракту на выполнение опытно-конструкторской работы «Конвертер-МН», а также поставляются потребителям как самостоятельные устройства.

К. В. Били некий является разработчиком гармониковых смсситслей СМ-06-Г (диапазон частот 40-60 ГГц), СМ-05-Г (диапазон частот 50-75 ГГц), С М-04-Г (диапазон частот 60-90 ГГц), СМ-03-Г (диапазон частот 75-110 ГГц), СМ-02-Г (диапазон частот 110-170 ГГц).

Заместитель генерального директора по научной работе

ПРИЛОЖЕНИЕ Б (справочное)

Копии документов о результате интеллектуальной деятельности

Справка о творческом участии в создании результата интеллектуальной деятельности

«Гармониковый смеситель» (наименование РИД)

Фамилия Имя Отчество автора Должность, место работы, сгруктурное подразделение Основание для привлечения к работам1 В чем выразилось творческое участие2 На какой стадии принимал участие Доля участия (%)3

1. Билинский К.В. Инженер-конструктор, АО НИИПП, 4 отдел Трудовой договор Электромагнитный расчет микрополосково-волноводной секции смесителя, проектирование конструкции смесителя, сборка и настройка макетного образца смесителя, проведение измерений и исследование основных характеристик. На всех 35

2. Емельянов Е.В. Начальник лаборатории, АО НИИПП, 4 отдел Трудовой договор Концепция идеи, разработка методики измерения основных характеристик смесителя, разработка конструкции смесителя. На всех 30

3. Бурмистрова В.А. Инженер-технолог 2 категории, АО НИИПП, 4 отдел Трудовой договор Изготовление нелинейного элемента смесителя-балочных диодов с барьером Шоттки, предложения по улучшению параметров нелинейного элемента. На всех 15

1 Указываются реквизиты трудового договора, служебного задания либо договора подряда (иное соглашения об участии в выполнении работ).

2 Дается краткое описание творческого вклада в создание РИД.

3 Указывается в долевом отношении к общему результату.

4. Сбродов A.B. Младший научный сотрудник АО НИИПП, 4 отдел Трудовой договор Разработка внешнего диплексера необходимого для измерения характеристик гармоникового смесителя, разработка конструктивного исполнении смесителя На всех 10

5. Александров A.B. Инженер-конструктор, АО НИИПП, 4 отдел Трудовой дог овор Разработка конструктивного исполнения смесителя, изготовление согласованной нагрузки из радиопоглощающего материала Па всех 10

Авторы гарантируют, что указанные сведения получены в результате их творческого труда, и при его создании не были нарушены патентные, авторские и любые иные права третьих лиц.

Авторы йоь.гоы____Билинский К.В.

дата подпись расшифровка подписи

Юм ыь_ __Емельянов Е.В.

дата подпись расшифровка подписи

lo.V5.7if_ ___Бурмистрова В.А.

дага поДиЙЕь расшифровка подписи

J&b__Сбродов A.B.

дата подпись расшифровка подписи

фФ.Щ____Александров А. В.

дагга подпись расшифровка подписи