Синтез дискретных аттенюаторов проходного типа при произвольных иммитансах источника сигнала и нагрузки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.17, кандидат технических наук Талышев, Николай Васильевич

• Талышев, Николай Васильевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Талышев, Николай Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. СИНТЕЗ ФАЗОСТАБИЛЬНЫХ ДИСКРЕТНЫХ АТТЕНЮАТОРОВ

НА ФИКСИРОВАННОЙ ЧАСТОТЕ.

1.1. Пути улучшения характеристик управляемых и неуправляемых аттенюаторов проходного типа.

Постановка задачи.

1.2. Синтез реактивных неуправляемых аттенюаторов и согласующих устройств.

1.3. Синтез двухуровневых дискретных аттенюаторов с предельным значением модуля коэффициента передачи в одном из состояний.

1.4. Синтез управляемых многоуровневых дискретных аттенюаторов.

1.5. Синтез управляемых фазостабильных аттенюаторов с минимизацией нелинейности дискретной регулировочной характеристики.

1.6. Выводы.

2. СИНТЕЗ МНОГОЧАСТОТНЫХ И ШИРОКОПОЛОСНЫХ ДИСКРЕТНЫХ АТТЕНЮАТОРОВ.

2.1. Синтез многочастотных управляемых и неуправляемых аттенюаторов.

2.2. Алгоритм синтеза широкополосных управляемых и неуправляемых аттенюаторов с предельными характеристиками.

2.3. Численные результаты оптимизации широкополосных реактивных неуправляемых аттенюаторов и согласующих устройств.

2.4. Численные результаты оптимизации широкополосных дискретных управляемых аттенюаторов.

2.5. Выводы.

3. МЕТОДИКА, УСТАНОВКА, РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК ДИСКРЕТНЫХ АТТЕНЮАТОРОВ СЧ-УВЧ ДИАПАЗОНОВ И ОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ.

3.1. Методика настройки параметров и установка для измерения характеристик аттенюаторов, согласующих устройств и управляемых элементов.

3.2. Результаты экспериментальных исследований реактивных согласующих устройств.

3.3. Результаты экспериментальных исследований реактивных неуправляемых аттенюаторов проходного типа.

3.4. Результаты экспериментальных исследований управляемых дискретных аттенюаторов проходного типа.

3.5. Основные направления возможного применения полученных в работе результатов.

3.6. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез дискретных аттенюаторов проходного типа при произвольных иммитансах источника сигнала и нагрузки»

1. Актуальность темы. Формулировка цели и задач исследования

Аттенюаторы, обеспечивающие управляемое или неуправляемое изменение коэффициента передачи или отражения, находят широкое применение в различных радиотехнических устройствах [1-31]. В работе рассматриваются только электрически управляемые аттенюаторы проходного типа. Под неуправляемыми аттенюаторами в общем случае будем понимать устройства, обеспечивающие неуправляемое изменение модуля коэффициента передачи или отражения на заданную величину, и, в частном случае, согласующие устройства, обеспечивающие минимум отраженного сигнала или максимум передачи мощности в нагрузку [16].

Аттенюаторы, построенные на элементах с сосредоточенными параметрами, могут быть использованы в средствах связи для модуляции несущего сигнала информационным, в антенных решетках для реализации заданного амплитудного распределения, в системах автоматической регулировки мощности и так далее [1-2, 8-18]. Аттенюаторы, построенные на элементах с распределенными параметрами, могут быть использованы для создания средств уменьшения радиолокационной заметности, управляемых и неуправляемых обтекателей антенн, средств создания мерцающих помех, для создания отражателей, используемых в интересах построения заданной радиолокационной карты местности и так далее [1-7].

Благодаря такому широкому использованию управляемых и неуправляемых аттенюаторов внимание к принципам их построения, развитию теории синтеза и экспериментальным исследованиям постоянно возрастает [1,21-27].

Анализ известной литературы [1-46], в которой освещаются указанные вопросы, показывает, что в настоящее время теория синтеза и принципы построения аттенюаторов находятся на стадии активного развития. Известные алгоритмы синтеза и принципы построения в основном обеспечивают требуемые характеристики путем тех или иных конструктивных разработок. Например, включают несколько управляемых элементов в линию передачи на расстоянии АУ4 друг от друга и используют специальный закон управления ими [11-13, 19-25]. Другим широко распространенным приемом является переключение одного или нескольких управляемых элементов из состояния с малым сопротивлением в состояние с большим сопротивлением [11-13,26].

С начала шестидесятых годов начинается развитие теории синтеза управляемых аттенюаторов, которая позволяет отойти от обеспечения управления модулем коэффициента передачи или отражения с использованием специальных конструктивных особенностей и предельных состояний управляемого элемента. В работах Б.В. Сестрорецкого, Д.М. Сазонова, С. Каваками, JI.C. Либермана, В.М. Карпова, A.B. Вайсблата, Г.Д. Михайлова, A.A. Головкова и других [1, 2, 6, 8-14, 40-45] развивается теория синтеза управляющих устройств, основанная на описании управляющего устройства во всех его состояниях, определяемых уровнями управляющего низкочастотного воздействия (тока или напряжения). Например, в работе [40] показано, что характеристики управляющего устройства полностью определяются так называемым качеством управляемого элемента, являющимся мерой различия иммитансов управляемого элемента в двух его состояниях. В работе [1] разработан алгоритм синтеза управляющих устройств отражательного типа, включаемых в неоднородную линию передачи с произвольным волновым сопротивлением. В работе [46] развивается алгоритм синтеза управляемых и неуправляемых аттенюаторов проходного типа, включаемых в линию передачи с единичным нормированным волновым сопротивлением.

Однако, анализ известной литературы показывает, что в настоящее время теория синтеза управляемых и неуправляемых аттенюаторов разработана недостаточно полно. В частности, не решена задача синтеза аттенюаторов проходного типа, включаемых между двумя элементами с произвольными иммитансами, недостаточно полно разработаны принципы построения и теоретическое обоснование возможности создания фазоста-бильных аттенюаторов и аттенюаторов с линейной регулировочной характеристикой, теоретически не доказана возможность обеспечения согласования управляемого фазостабильного аттенюатора проходного типа во всех его состояниях, не рассмотрены вопросы обеспечения минимизации потерь в одном состоянии при заданных отношениях модулей любых пар коэффициентов передачи из заданного количества состояний, не обоснованы пути улучшения характеристик аттенюаторов за счет использования специальных типов нагрузки, а также не показана возможность построения неуправляемых аттенюаторов проходного типа на реактивных элементах и недостаточно разработан алгоритм оптимизации широкополосных аттенюаторов, включаемых между двумя элементами с произвольными иммитансами [11-14].

Указанные недостатки не позволяют в настоящее время решать множество важных научно-технических задач в различных областях радиоэлектроники, связанных с необходимостью обеспечения предельных характеристик при минимуме количества используемых управляемых и неуправляемых параметров. К таким характеристикам относятся: постоянство фазы при дискретном изменении модуля коэффициента передачи [47], обеспечение линейности регулировочной характеристики [48, 49], согласование аттенюатора во всех состояниях и минимизацию потерь в одном из них [12].

В современных условиях одним из основных требований к характеристикам аттенюатора является стабильность фазы при изменении модуля коэффициента передачи. Использование таких устройств, например, в средствах радиосвязи позволяет значительно снизить фазовые искажения радиосигналов при передаче и приеме информации [48]. В настоящее и ближайшее время одной из основных задач при проектировании аттенюаторов будет являться обеспечение предельных значений прочих других характеристик при обязательном постоянстве фазы коэффициента передачи. Поэтому тема диссертационной работы, направленная на устранение указанных недостатков и на решение этой основной задачи, является актуальной.

Целью диссертационной работы является разработка алгоритма синтеза широкополосных управляемых и неуправляемых фазостабильных дискретных аттенюаторов проходного типа с предельными характеристиками при произвольных иммитансах источника сигнала и нагрузки.

Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Синтез реактивных неуправляемых аттенюаторов с заданным значением модуля коэффициента передачи на фиксированной частоте.

2. Синтез фазостабильных аттенюаторов с дискретным регулированием модуля коэффициента передачи и предельными характеристиками на фиксированной частоте.

3. Разработка алгоритма синтеза широкополосных и многочастотных управляемых и неуправляемых дискретных аттенюаторов.

4. Экспериментальное обоснование возможности использования разработанного алгоритма для проектирования широкополосных управляемых и неуправляемых дискретных аттенюаторов проходного типа.

2. Основные научные результаты работы, выносимые на защиту, обладающие новизной и полученные лично автором

2.1. Решена задача синтеза неуправляемых аттенюаторов и согласующих устройств, отличающаяся представлением эквивалентной схемы этих устройств в виде трех каскадно соединенных четырехполюсников, характеризующих эквивалент источника сигнала, неуправляемые параметры и нагрузку соответственно, а также составлением и решением системы алгебраических уравнений, вытекающих из требуемого значения модуля коэффициента передачи и разности фаз падающего и отраженного сигналов, равной 180°, на фиксированной частоте, относительно нормированных элементов классической матрицы передачи, описывающей неуправляемые параметры.

2.2. Решена задача синтеза фазостабильных аттенюаторов с дискретным регулированием модулем коэффициента передачи с предельными характеристиками на фиксированной частоте, отличающаяся следующими основными моментами: представлением эквивалентной схемы устройства в виде четырехполюсников, которые характеризуют эквивалент источника сигнала или скачок волнового сопротивления от произвольного комплексного значения к единичному, а также неуправляемые параметры, трансформированные управляемые параметры и нагрузку или скачок волнового сопротивления от единичного к произвольному комплексному значению соответственно; определением требований к параметрам нагрузки, обеспечивающие значения отношения модулей коэффициентов передачи, превышающие предельно достижимые значения, допускаемые качеством управляемого элемента; составлением и решением систем алгебраических уравнений, вытекающих из требуемой формы регулировочной характеристики с предельным значением модуля коэффициента передачи в одном из состояний и равных фазах коэффициента передачи во всех состояниях.

2.3. Предложен единый алгоритм синтеза широкополосных управляемых и неуправляемых аттенюаторов, отличающийся представлением неуправляемой части этих устройств в виде произведения двух матриц, одна из которых характеризует часть параметров, обеспечивающих требуемые характеристики на одной или ряде фиксированных частот и определяемых с помощью аналитических выражений, зависящих от параметров источника сигнала, нагрузки, управляемого элемента и оставшихся параметров, описываемых второй матрицей, значения которых определяются в соответствии с заданной целевой функцией.

2.4. Результаты расчетов и экспериментальных исследований макеты управляемых и неуправляемых аттенюаторов и согласующих устройств в СЧ-УВЧ диапазонах, синтезированных по разработанным в работе алгоритмам.

3. Достоверность научных положений и результатов

Достоверность сформулированных в работе научных положений обеспечивается разработкой алгоритма синтеза широкополосных управляемых и неуправляемых аттенюаторов с предельными характеристиками, включаемых между узлами с произвольными иммитансами, на основе использования методов теории функции комплексного переменного, в том числе метода комплексных амплитуд, математического анализа, матричного способа описания многополюсников, метода трансформации сопротивлений в линии передачи, методов решения алгебраических уравнений, методов программирования, учетом всех основных факторов и физических явлений, происходящих в процессе взаимодействия высокочастотного и низкочастотного сигналов с управляемыми и неуправляемыми элементами исследуемых устройств, достаточным совпадением теоретических и экспериментальных результатов исследования макетов аттенюаторов и согласующих устройств, построенных с использованием разработанного алгоритма синтеза этих устройств, а также совпадением в частных случаях результатов работы с результатами, полученными другими авторами.

4. Практическая ценность основных научных результатов

Полученные в работе научные результаты и сформулированные на их основе новые положения теории синтеза управляемых и неуправляемых аттенюаторов и согласующих устройств в интересах расширения и достижения их предельных характеристик на фиксированной частоте, ряде дискретных частот и в полосе частот позволяют при минимальном количестве управляемых и неуправляемых элементов обеспечить значительно большие отношения модулей коэффициентов передачи, уменьшенные потери и разброс характеристик в полосе частот при одновременном обеспечении стабильности фазы и с учетом возможности включения перечисленных устройств между источником сигнала и нагрузкой с произвольными иммитан-сами. Практическая ценность полученных результатов состоит также в том, что использование синтезированных фазостабильных управляемых аттенюаторов с минимизированной нелинейностью дискретной регулировочной характеристики, например, в средствах радиосвязи, позволит значительно уменьшить амплитудные и фазовые искажения радиосигналов при передаче и приеме информации.

5. Апробация, публикация и реализация результатов работы

Диссертационная работа выполнена в интересах научно-исследовательских работ, проводимых в УИН Министерства Юстиции России по Воронежской области [50], ВИ МВД России [14], ФНПЦ "Воронежский НИИ связи" [51], 5 ЦНИИИ МО РФ [52], заводом "Сигнал" (АООТ "Электросигнал"), о чем свидетельствуют имеющиеся акты внедрения.

Основные результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на конференции адъюнктов и слушателей ВВШ МВД России (Воронеж, 1997 г.), межвузовской научно-практической конференции (Воронеж, 1998 г.), 4-й международной научно-технической конференции "Радиолокация, навигация и связь" (Воронеж, 1998 г.), научно-технической конференции "Информационная безопасность автоматизированных систем" (Воронеж, 1998 г.), межвузовской научно-практической конференции "Актуальные проблемы совершенствования научно-технического обеспечения деятельности ОВД" (Воронеж, 1998 г.), межвузовской научно-практической конференции "Проблемы противодействия преступности на современном этапе" (Воронеж, 1999 г.), международной научно-технической конференции "Авиация XXI века" (Воронеж, 1999 г.), 3-й всероссийской научно-практической конференции "Охрана - 99" (Воронеж, 1999 г.), научно- технических советах и семинарах в ВИ МВД России, опубликованы в 14 открытых печатных трудах.

6. Структура работы

Работа состоит из введения, заключения и трех разделов, в которых изложены теоретические и экспериментальные обоснования научных положений, выводов и основных результатов. Работа представлена на 127 страницах печатного текста, иллюстрируется 46 рисунками, 3 таблицами и содержит 82 наименований используемой литературы.

В первом разделе проведен сравнительный анализ различных схем управляемых и неуправляемых аттенюаторов, а также исторический обзор развития теории их анализа и синтеза. В результате показано, что существующие принципы построения и алгоритмы синтеза и анализа управляемых и неуправляемых аттенюаторов проходного типа не позволяют в достаточной степени обеспечить в совокупности предельно достижимые характеристики - отношение модулей коэффициентов передачи, минимизацию потерь на рассогласование, максимизацию модуля коэффициента передачи в одном из состояний, линейность и фазостабильность регулировочной характеристики.

Анализ указанных и других недостатков традиционных принципов построения аттенюаторов позволил сформулировать основные задачи синтеза этих устройств, направленные на устранение этих недостатков, в результате решения которых разработан новый алгоритм синтеза.

Решена новая задача синтеза реактивных неуправляемых аттенюаторов и согласующих устройств путем представления их эквивалентной схемы в виде трех каскадно соединенных четырехполюсников, первый и третий из которых характеризуют эквиваленты источника сигнала и нагрузки соответственно, а второй представляет собой собственно схему неуправляемого аттенюатора или согласующего устройства. Каждый четырехполюсник описывается соответствующей классической матрицей передачи, определяется матрица рассеяния всего устройства, составляется и решается система алгебраических уравнений, вытекающих из предъявляемых требований к модулю коэффициента передачи и разности фаз отраженного и падающего сигналов, равной 180°, на фиксированной частоте, относительно нормированных элементов классической матрицы передачи второго четырехполюсника.

Решена новая задача синтеза двухуровневых фазостабильных дискретных аттенюаторов с предельным значением модуля коэффициента передачи в одном из состояний и заданном отношении модулей в двух состояниях на фиксированной частоте. Эта задача решена на основе представления эквивалентной схемы аттенюатора в виде четырех каскадно соединенных четырехполюсников, первый, второй и четвертый из которых соответствуют первому, второму и третьему четырехполюсникам в вышеизложенной задаче, а третий четырехполюсник представляет собой параллельно включенный управляемый элемент с заданными значениями комплексной нормированной проводимости в N состояниях. Задается закон изменения модулей коэффициента передачи при постоянстве фазы, определяется матрица рассеяния всего устройства. Дальнейшие операции совпадают с операциями изложенной выше задачи. Дополнительно к этим операциям определяются области физической реализуемости, состоящие в отыскании ограничений на величину отношения модулей коэффициента передачи, оцениваемых значениями действительных составляющих имми-танса управляемого элемента в двух соседних состояниях и значениями элементов классической матрицы передачи четвертого четырехполюсника (нагрузки). Для обеспечения предельно достижимого значения модуля коэффициента передачи в одном из состояний разработанны три новых подхода, первый из которых основан на отыскании производной модуля коэффициента передачи в одном из состояний и нахождении из равенства ее нулю значения третьего элемента матрицы передачи неуправляемой части, при котором коэффициент передачи принимает максимальное значение. Второй подход обеспечения предельного значения модуля коэффициента передачи в одном из состояний разработан для специального типа нагрузки, например, для параллельного включения элементов, причем тип нагрузки определяется на основе нахождения первой производной модуля коэффициента передачи по аргументу, в виде которого выбрано отношение модулей коэффициентов передачи. Третий подход основан на "сшивании" решений задач синтеза неуправляемых и управляемых аттенюаторов и определении соотношений между значением модуля коэффициента передачи в одном состоянии и отношением модулей в двух состояниях.

Решена новая задача синтеза многоуровневых фазостабильных дискретных аттенюаторов путем представления их эквивалентной схемы в виде четырех каскадно соединенных четырехполюсников, составлении и решении системы N+3 алгебраических уравнений относительно выбранных N+3 неуправляемых независимых параметров, определении ограничений на отношения модулей коэффициентов передачи, зависящих от параметров нагрузки и управляемого элемента в двух соседних состояниях, а также выражений, связывающих между собой значения отношений модулей коэффициентов передачи в двух соседних парах состояний.

Решена новая задача синтеза управляемых фазостабильных аттенюаторов с минимизацией нелинейности дискретной регулировочной характеристики при произвольных иммитансах источника сигнала и нагрузки на фиксированной частоте путем составления и решения системы алгебраических уравнений, вытекающих из обеспечения соответствия равных приращений коэффициента передачи равным приращениям управляемого низкочастотного напряжения, условий минимизации отраженного сигнала и постоянства фазы во всех состояниях, относительно 2(№-1) независимых неуправляемых параметров.

Во втором разделе используется известное положение [1, 2], состоящие в том, что при определенных условиях аналитические выражения, полученные для определения значений неуправляемых параметров аттенюаторов, обеспечивающих требуемые характеристики на фиксированной частоте, могут быть использованы для синтеза аттенюаторов, обеспечивающих требуемые характеристики на ряде дискретных частот. Эти условия состоят в определении значений параметров каждого двухполюсника, построенного из индуктивностей и емкостей с определенными значениями параметров. Получены новые выражения для определения значений этих параметров для двух типов схем, ранее с этой целью не исследуемых.

Разработан единый алгоритм синтеза широкополосных фазостабиль-ных управляемых и неуправляемых аттенюаторов, включаемых между узлами с произвольными иммитансами обеспечивающий предельные значения указанных выше характеристик в требуемой полосе частот, основанный на представлении неуправляемой части аттенюатора, содержащей М неуправляемых параметров, в виде произведения двух матриц передачи, одна из которых характеризует к неуправляемых параметров, значения которых обеспечивают требуемые характеристики на фиксированной частоте и определяются с помощью аналитических выражений, полученных впервые в данной работе и зависящих от параметров источника сигнала, нагрузки, управляемого элемента и оставшихся М - к неуправляемых настраиваемых параметров, описываемых второй матрицей передачи. Предлагаемый алгоритм оптимизации позволяет уменьшить количество итераций. Такое уменьшение машинного времени достигнуто за счет того, что на каждом шаге оптимизации обеспечиваются требуемые характеристики. При этом в точности известны значения к из М параметров. На каждом следующем шаге значения оставшихся М-к параметров варьируются в соответствии с одним из численных методов.

В соответствии с разработанным алгоритмом синтеза широкополосных управляемых и неуправляемых аттенюаторов, включаемых между источником сигнала и нагрузкой с произвольными иммитансами, проведена оптимизация четырех схем. Полученные численные результаты показывают, что минимум отклонения характеристик в полосе частот с коэффициентом перекрытия 1,5 по сравнению со значениями характеристик на фиксированной частоте, выбранной из этой полосы частот, достигается при количестве неуправляемых параметров, равном 3 - 5, в зависимости от параметров источника сигнала и нагрузки и функциональных особенностей устройства.

При численных расчетах использовались найденные аппроксимации зависимостей действительной и мнимой составляющих иммитансов управляемого элемента (р-ьп диода типа 2А509А8) при двух уровнях управляющего воздействия в дециметровом диапазоне длин волн в виде полиномов пятой, шестой, седьмой степени. Отличие теоретических значений этих иммитансов от экспериментально измеренных в полосе частот 300 - 600 МГц составляет не более чем 5 %.

В третьем разделе разработаны и экспериментально исследованы макеты управляемых и неуправляемых аттенюаторов и согласующих устройств в СЧ - УВЧ диапазонах. Полученные результаты подтверждают возможность использования разработанных алгоритмов синтеза для проектирования управляющих устройств проходного типа, включаемых между источником сигнала и нагрузкой с произвольными иммитансами. Предложена методика регулировки настраиваемых параметров аттенюаторов, синтезированных при произвольных иммитансах источника сигнала и нагрузки, основанная на использовании доказанной однозначной зависимости между их характеристиками, рассчитанными для реальных условий функционирования, и характеристиками этих устройств, полученными для включения в линию передачи с единичным нормированным волновым сопротивлением.

17

На основе анализа известной литературы определены основные направления использования разработанных в диссертационной работе управляемых и неуправляемых фазостабильных аттенюаторов с предельными характеристиками. Показано, что эти устройства могут быть применены в интересах обеспечения заданного распределения функции возбуждения антенных решеток, в средствах радиосвязи - для модуляции несущего сигнала информационным, в системах автоматической регулировки мощности с минимизацией фазовых искажений, а также для уменьшения радиолокационной заметности апертурных антенн импульсных РЛС, для построения управляемых и неуправляемых обтекателей антенн, а также в устройствах управления параметрами излучения элементов адаптивных антенных решеток с минимизацией амплитудных и фазовых искажений.

Исследованные в данной работе устройства могут быть также использованы в технических средствах охраны для реализации указанных выше функций.

Заключение диссертации по теме «Радиотехнические и телевизионные системы и устройства», Талышев, Николай Васильевич

3.6. Выводы

В третьем разделе проведено сравнение теоретических и экспериментальных результатов исследования аттенюаторов и согласующих устройств. Анализ этих результатов позволяет сделать следующие выводы:

1. Доказана возможность экспериментальной оценки правомочности использования разработанного алгоритма синтеза для практического проектирования аттенюаторов проходного типа.

2. Разработана методика настройки параметров и обоснована однозначная зависимость между характеристиками аттенюаторов, синтезированных при произвольных иммитансах источника сигнала и нагрузки, и характеристиками этих аттенюаторов, рассчитанная при включении их в линию передачи с единичным нормированным волновым сопротивлением.

3. Изготовлено и экспериментально исследовано 12 макетов управляемых и неуправляемых аттенюаторов и согласующих устройств в СЧ -УВЧ диапазонах, отличающиеся друг от друга схемами неуправляемой настраиваемой части и схемами и параметрами эквивалентов источника сигнала и нагрузки.

113

4. Показано, что экспериментальные и теоретические результаты на заданной фиксированной частоте в СЧ диапазоне полностью совпали, а на УВЧ их различие не превышает 6 %. При этом в требуемой полосе частот отклонение расчетной характеристики от экспериментальной в СЧ диапазоне не превышает 10 %, а в УВЧ -15%.

5. Полученные результаты позволили сформулировать основные направления использования неуправляемых и управляемых аттенюаторов и согласующих устройств. К числу таковых относятся: использование управляемых фазостабильных аттенюаторов с минимизированной нелинейностью дискретной регулировочной характеристики в качестве модуляторов в системах радиосвязи, управляющего устройства в системе автоматической регулировки мощности и в системах управления параметрами излучателей адаптивных антенных решеток с минимизацией амплитудных и фазовых искажений; использование управляемых и неуправляемых аттенюаторов проходного типа, синтезированных при произвольных иммитансах источника сигнала и нагрузки, в средствах радиолокационной заметности апер-турных антенн импульсных РЛС и для построения управляемых и неуправляемых радиопрозрачных обтекателей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена разработке единого алгоритма синтеза широкополосных управляемых и неуправляемых фазостабильных дискретных аттенюаторов проходного типа с предельными характеристиками при произвольных иммитансах источника сигнала и нагрузки. Основные научно-технические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Решена новая задача синтеза неуправляемых аттенюаторов и согласующих устройств, обеспечивающих полное согласование или заданное значение модуля коэффициента передачи и разность фаз падающего и отраженного сигнала, равную 180°, на фиксированной частоте при произвольных иммитансах источника сигнала и нагрузки.

2. Решена новая задача синтеза двухуровневых фазостабильных аттенюаторов, обеспечивающих при произвольных иммитансах источника сигнала и нагрузки предельное значение модуля коэффициента передачи в одном из состояний при заданном отношении модулей в двух состояниях. Это осуществляется тремя способами. Первый из них заключается в отыскании выражения для определения значения элемента матрицы неуправляемой части, при котором коэффициент передачи принимает максимальное значение. Второй основан на выборе специального типа нагрузки и определении значения отношения модулей коэффициентов передачи, при котором один из них достигает максимального значения. Третий получен привешивании* решений задач синтеза неуправляемых и управляемых аттенюаторов.

3. Решена новая задача синтеза многоуровневых управляемых фазостабильных аттенюаторов с минимизированной нелинейностью дискретной регулировочной характеристики и определены условия минимизации коэффициента отражения во всех состояниях при произвольных иммитансах источника сигнала и нагрузки.

4. Показано, что аналитические выражения, полученные для определения значений неуправляемых параметров аттенюатора, обеспечивающих требуемые характеристики на фиксированной частоте могут быть использованы для синтеза аттенюаторов, обеспечивающих требуемые характеристики на ряде дискретных частот.

5. Разработан единый алгоритм синтеза широкополосных управляемых и неуправляемых аттенюаторов и согласующих устройств, позволяющий при меньшем количестве итераций определить значения неуправляемых параметров, при которых в заданной полосе частот обеспечивается минимальное отклонение оптимизируемых характеристик от требуемых.

6. Экспериментальные исследования действующих макетов управляемых и неуправляемых аттенюаторов и согласующих устройств подтвердили возможность практического использования разработанного в диссертации алгоритма и методики их настройки.

7. На основе анализа полученных предельных характеристик аттенюаторов и согласующих устройств сформулированы основные направления их использования в различных радиотехнических системах и устройствах. В том числе, показано, что они могут быть использованы при построении систем автоматического регулирования мощности, а также устройств управления параметрами излучения элементов адаптивных антенных решеток с минимизацией амплитудных и фазовых искажений.

Дальнейшее исследование управляемых и неуправляемых аттенюаторов и согласующих устройств целесообразно проводить в направлении их использования в технических средствах охраны.

В работах [7, 14-18, 37-39, 68, 78], опубликованных в соавторстве, лично автору принадлежат результаты, включенные в текст диссертации и содержащие выбор, обоснование и разработку алгоритма синтеза, получение окончательных соотношений и формул, численные и экспериментальные результаты, их анализ и интерпретацию.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Талышев, Николай Васильевич, 2000 год

1. Головков A.A. Комплексированные радиоэлектронные устройства (монография). М.: Радио и связь, 1996. 128 с.

2. Авт. св-во №294454 от 01.06.89. Управляемая структура для уменьшения эффективной поверхности рассеяния антенны / A.A. Головков, Г.Д. Михайлов. Заявка на изобретение № 3186037. 08.12.87.

3. Авт. св-во № 265523 от 01.12.87. Управляемая структура для уменьшения эффективной поверхности рассеяния антенн / A.A. Головков, H.A. Мартынов, Г.Д. Михайлов, Э.А. Соломин. Заявка на изобретение № 3147646. 22.07.86.

4. Авт. св-во № 260154 от 01.09.87. Управляемое покрытие / В.В. Быков, М.Р. Вальденберг, A.A. Головков, В.Н. Глухов, Л.В. Гранатов, В.И. Карпухин, Г.Д. Михайлов, М.А. Прудцев, Ю.С. Сухоруков. Заявка на изобретение № 3128222. 22.11.85.

5. Михайлов Г.Д., Сергеев В.И., Соломин Э.А., Воронов В.А. Методы и средства уменьшения радиолокационной заметности антенных систем // Зарубежная радиоэлектроника. 1994. № 4-5. С. 54.

6. СВЧ устройства на полупроводниковых диодах. Проектирование и расчет / Под ред. И.В. Мальского, Б.В. Сестрорецкого. М.: Сов. радио, 1969. 391 с.

7. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ.М.: Высшая школа, 1988. 431 с.

8. Головков A.A., Михайлов Г. Д. Синтез управляемых плоскослоистых сред с многоуровневой манипуляцией модуля и фазы коэффициента отражения // Радиотехника и электроника. 1990. № 12. С. 3-7.

9. Карпов В.М., Малышев В.А., Перевощиков И.В. Широкополосные устройства СВЧ на элементах с сосредоточенными параметрами. М.: Радио и связь, 1984. 130 с.

10. Управляемые аттенюаторы / Г.М. Крылов, Е.И. Хоняк, А.Н. Таныны-ка и др. М.: Радио и связь, 1985. 200 с.

11. Вайсблат A.B. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых диодах. М.: Радио и связь, 1987. 120 с.

12. Анализ и синтез управляющих многополюсников: Монография /под редакцией A.A. Головкова/ Головков A.A., Талышев Н.В. и др./ Воронеж: ВИ МВД России, 1999. 140 с.

13. Головков A.A., Кузьмин А.Ю., Талышев Н.В. Анализ и синтез фидерных устройств, управляющих модулем коэффициента передачи //Радиотехника. № 6, 1998. С. 64-66.

14. Головков A.A., Талышев Н.В. Методика синтеза амплитудных манипуляторов проходного типа в неоднородной линии передачи/ Тезисы докладов научно-практической конференции ВВШ МВД России. Часть 2. Воронеж: Воронежская высшая школа МВД России, 1998. С. 39-40.

15. Микроэлектронные устройства СВЧ: Учеб. пособие для радиотехнических специальностей вузов /Веселов Г.И., Егоров E.H., Алехин Ю.И. и д.р.; под ред. Г.И. Веселова. М.: Высш. шк., 1988. 280 с.

16. Гассанов Л.Г., Марнов В.В., Могильченко H.A. Твердотельные устройства СВЧ в технике связи. М.: Радио и связь, 1988. 288 с.

17. Нефедов Е.И., Саидов А.С., Тагилаев А.Р. Широкополосные микропо-лосковые управляющие устройства СВЧ. М,: Радио и связь, 1994. 168 с.

18. Кузнецов Д.И., Тюхтин М.Ф. Проектирование СВЧ аттенюаторов каскадного типа с диодно-резистивными цепочками // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 1994. № 9-ю. С. 50-56.

19. Диодный аттенюатор СВЧ: Пат. 2032971, Россия, МКИ6 Н 01 Р 1/ 22/ Баженов Ю.В., Колупаев К.А., Чесноков В.В.: НИИ измер. прибор №4525673 /09.

20. Step attenuator using PIN diodes: Пат 5351013 США, МКИ5 Н 03 G 3 /10/. Alido Raul I., Holter Cliuton O.; Hughes Aircraft Co. № 29075.

21. Сфиева Д.К., Тагилаева А.Р. Моделирование фиксированных аттенюаторов на комбинации полосковых линий передач // Вопр. проектирования и опыт разработки современных РТС и приборов / Даг. гос. техн унт. Махачкала, 1996. С. 81-83.

22. Minimum phase shift microvave attenuator: Пат. 5521560 США, МКИ6 Н 01 Р 1/22/ Burns R.W., Atkinson D.E.; Hughes Aircraft Co. № 3418112.

23. Coaxial attenuator line // Electron. Compon. News. 1994. №4 C. 14.

24. СВЧ-управляемое устройство: A.C. 1567046 СССР, МКИ6 Н 01 Р1/22 /Дзехцер Г.Б., Панфилов С.А., Мурысева С.А. № 43651/66/09.

25. Сфиева Д.К., Тагилаева А.Р. Плавно-дискретный аттенюатор СВЧ.// Вопр. проектирования и опыт разработки современных РТС и приборов / Махачкала, Даг. гос. техн ун-т. 1996. С.72-75.

26. Димитрюк A.A., Осипов A.B., Епифанов P.E. Машинное проектирование пассивных СВЧ-устройств. // Актуальные проблемы электронного приборостроения: Тез. Докл. Международной НТК. Саратов. 1996. 4.1. С. 154-155.

27. Fixed coaxial attenuator //Electron. Compon. News. 1995. №5 С. 20.

28. Зеленин И.Л., Сфиева Д.К., Алиев С.Н. Основные принципы построения САПР управляющих устройств СВЧ // Вопр. проектирования и опыт разработки современных РТС и приборов / Махачкала, Даг. гос. техн ун-т, 1996. С. 143-146.

29. Гупта К., Гардж Р., Чадха Р. Машинное проектирование СВЧ устройств / Пер. с английского. М.: Радио и связь, 1987. 432 с.

30. Талышев Н.В. Алгоритм синтеза многочастотных неуправляемых аттенюаторов и согласующих устройств / Тезисы докладов III всеросийской научно-практической конференции "Охрана-99". Часть 1. Воронеж: ВИ МВД России, 1999. С. 91-92.

31. Талышев H.B. Алгоритм синтеза многочастотных устройств управления модулем коэффициента передачи / Тезисы докладов III всеросийской научно-практической конференции "Охрана-99" Часть 1. Воронеж: ВИ МВД России, 1999. С. 93-94.

32. Головков A.A., Талышев Н.В. Анализ и синтез транзисторных устройств управления модулем коэффициента передачи /Тезисы докладов Межвузовской НТК ВИ МВД России 1999 г. Часть 2. - Воронеж: ВИ МВД России, 1999- С.18-19.

33. Kawakami S. Figur of Merit Associatid with a Variable Parameter One-Port for RF Switching and Modulation // IEEE Trens: 1965. CT-12. №3. C.320-328. .

34. Сестрорецкий Б.В. Полупроводниковые регулирующие устройства СВЧ /В кн.: СВЧ устройства на полупроводниковых диодах под ред. И.В. Мальского, Б.В. Сестрорецкого. М.: Сов. радио, 1969. С. 414-527.

35. Либерман JI.C., Шпирт В.А. Общий случай включения переключательного диода в линию передачи. // Радиотехника и электроника, 1967, т. 12, №8. С. 1511-1513.

36. Бородулин A.A. О достижимых параметрах выключателя и отражательного фазовращателя СВЧ с одним переключательным элементом // Радиотехника и электроника. 1976. № 10. С. 2103-2108.

37. Хижа Г.С., Вендик И.Б., Серебрякова Е.А. СВЧ фазовращатели и переключатели. М.: Радио и связь, 1984. С. 160.

38. Гудков А.Г., Сестрорецкий Б.В., Якубень J1.M. Флуктуации СВЧ -сигнала в управляющих устройствах СВЧ // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Общие вопросы радиоэлектроники. 1986. Вып. 1. С. 23-40.

39. Гудков А.Г., Якубень JI.M. Дискретные полупроводниковые фазоста-бильные аттенюаторы // Вопросы радиоэлектроники (Сер. Общие вопросы радиоэлектроники). 1983. Вып. 4. С. 3-20.

40. Богданович Б.М. Радиоприемные устройства с большим динамическим диапазоном. М.: Радио и связь, 1984. 167 с.

41. Андреев B.C. Теория нелинейных электрических цепей. Учебное пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1982. 280 с.

42. Отчет о НИР "СУ-98" от 30.12.98. 39 с.

43. Отчет о НИР "Эверест-2000" от 22.02.2000. 144 с.

44. Отчет о НИР "Алтаец В" от 10.08.1999. 37 с.

45. Алексеев О.В., Грошев Г. А., Чавка Г.Г. Многоканальные распределительные устройства и их применение. М.: Радио и связь, 1981. 136 с.

46. Барков JI.H., Кузнецов В.Д., Модель A.M., Стужин В.А. Схема сложения сигналов различных частот с малыми потерями на полуотражающей структуре. Электросвязь, 1976, №3. С. 61-65.

47. Кузьмин А.Ю., Просветов Е.А. Алгоритм синтеза трехчастотного амплитудного модулятора // Охрана 99. Доклады Всероссийской научно-практической конференции. Воронеж: Воронежский институт МВД России, 1999. С. 85-86.

48. Бокова О.И. Алгоритм синтеза и анализа многочастотных амплитудно-фазовых манипуляторов смешанного типа // Межвузовская научно-практическая конференция "Охрана-99": Тезисы докладов. Воронеж: Воронежский институт МВД России, 1999. С. 84.

49. Батищев Д.И., Львович Я.Е., Фролов В.Н. Оптимизация в САПР: Учебник. Воронеж: Изд. Воронежского государственного университета, 1997. 416 с.

50. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1988. 128 с.

51. Турчак Л.И. Основы численных методов: Учеб. пособие. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. 320 с.

52. Электронные приборы СВЧ: Учеб. пособие для вузов по спец. "Электронные приборы" / Березин В.М., Буряк B.C., Гутцайт Э.М., Марин В.П. М.: Высш. шк., 1985. 296 с.

53. Штейншлейгер В.Б. К теории рассеяния электромагнитных волн вибратором с нелинейным контактом // Радиотехника и электроника. 1978. № 7. С.1331-1338.

54. Штейншлейгер В.Б. Нелинейное рассеяние радиоволн металическими объектами//Успехи физических наук. 1984 № 5. С.131-145.

55. Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников СВЧ. М.: Связь, 1971. 387 с.

56. Фуско В. СВЧ цепи / Перевод с англ; Под ред. Вольмана В.И. М.: Радио и связь, 1990. 288 с.

57. Автоматизация проектирования радиоэлектронных средств: Учеб. пособие для вузов/ О.В. Алексеев, А А. Головков, И.Ю. Пивоваров и др.; Под ред. О.В. Алексеева. М.: Высш. шк., 2000. 479 с.

58. Вайсфлох А. Теория цепей и техника измерения в дециметровом и сантиметровом диапазонах. М.: Сов. радио, 1961. С. 88.

59. Головков A.A., Талышев Н.В. Анализ и синтез согласующих по критерию минимума отраженного сигнала устройств на основе матриц передачи и рассеяния /Вестник ВВШ МВД России, № 2. 1998. Воронеж: ВВШ МВД России, 1998. С.80-82

60. Бронштейн H.H., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: "Наука", 1980. 976 с.

61. Полупроводниковые приборы. Сверхвысокочастотные диоды. Справочник /Б.А. Наливайко, A.C. Берлин, В.Г. Божков и др. под ред. Б.А. На-ливайко. Томск МГП "РАСКО", 1992. 223 с.

62. Полупроводниковые приборы. Диоды высокочастотные, диоды импульсные, оптоэлектронные приборы: Справочник /А.Б. Гитцевич, A.A. Зайцев, B.B. Мокряков и др.; Под ред. A.B. Голомедова. М.: Радио и связь, 1989. 592 с.

63. Михайлов Г.Д., Руцкий М.А. О законе распределения реактивной и активной составлявших импедансов p-i-n- диодов // Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. 1985. Вып.1. С. 94-96.

64. Михайлов Г.Д., Руцкий М.А. О законе распределения полных сопротивлений СВЧ параметрических диодов // Электронная техника. Сер.2 Полупроводниковые приборы. 1984. Вып. 7(173). С.3-6.

65. Говорухин В.Н., Цибулин В.Г. Введение в Maple. Математический пакет для всех. М.: Мир, 1997. 208 с.

66. Попов В.П. Основы теории цепей: Учеб. для вузов 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк, 1998. 575 с.

67. Головков A.A., Талышев H.B. Алгоритм синтеза широкополосных согласующих устройств на основе минимаксного критерия оптимизации и метода A-»S /Вестник ВИ МВД России №2 (4), 1999 г. Воронеж: Воронежский институт МВД России, 1999. С. 30-34.

68. Мощные высокочастотные транзисторы. / Ю.В. Завражнов, И.И. Каганов, Е.З. Мазель и др.: Под ред. Е.З. Мазеля. М.: Радио и связь, 1985. 176 с.

69. Вальднер O.A., Милованов О.С., Соберин Н.П. Техника сверхвысоких частот. Учебная лаборатория. М.: Атомиздат, 1974. - 232 с.

70. Григорьев А.Д. Электроника и техника СВЧ. М.: Высш. Школа, 1990. 335 с.

71. Пастернак Ю.Г. Математическое моделирование, оптимизация и автоматизированное проектирование дифракционных и вибраторных решеток / Под ред. В.И. Юдина. Воронеж: Изд. ВГТУ, 1999. 257 с.