WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
На правах рукописи

ПАЗУХИНА Татьяна Гавриловна


ВОЛНОВОДНЫЕ ФАЗОВРАЩАТЕЛИ НА P-I-N ДИОДАХ
С ПЛАНАРНЫМИ ПЕТЛЯМИ СВЯЗИ

Специальность 05.12.07 – Антенны, СВЧ – устройства и их технология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов 2009

Диссертация выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Сивяков Борис Константинович

Официальные оппоненты

- Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор

Коломейцев Вячеслав Александрович

- кандидат технических наук, доцент

Казаков Геннадий Тимофеевич

Ведущая организация

- ОАО «Центральный научно-исследовательский институт измерительной аппаратуры», г. Саратов

Защита состоится 10 июня 2009 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.01 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, Саратов, ул. Политехническая, 77, корп. 1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» (410054, Саратов, ул. Политехническая, 77).

Автореферат разослан « 8 » мая 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета А.А. Димитрюк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Волноводные фазовращатели на p-i-n диодах применяются в фазированных антенных решетках (ФАР) радиолокационных станций, а также в качестве фазовых модуляторов в приемных и передающих трактах радиоэлектронной аппаратуры. Они характеризуются высоким быстродействием, низкой мощностью управления, малыми вносимыми потерями.

Как известно, характеристики ФАР во многом определяются возможностями используемых в них фазовращателей. С момента появления фазовращателей на p-i-n диодах и по настоящее время постоянно идет процесс совершенствования приборов, стимулом к которому выступают все возрастающие требования со стороны разработчиков радиотехнических систем, а также постоянная конкуренция с ферритовыми фазовращателями. Существенное значение придается расширению полосы рабочих частот, повышению точности установки фазы, снижению энергопотребления, повышению технологичности конструкции. Последнее особенно важно ввиду высокой стоимости современных p-i-n диодных фазовращателей, что, несомненно, ограничивает их применение в ФАР, где требуется до нескольких тысяч фазовращателей.

Большой вклад в развитие дискретно коммутируемых фазовращателей внесли Сестрорецкий Б.В., Гарвер Р., Уотсон Д., Лебедев И.В., Жуссемэ С., Хижа Г.С. и другие.

На сегодняшний день традиционные конструкции волноводных фазовращателей на p-i-n диодах исчерпали свои возможности по улучшению электрических параметров и не удовлетворяют современным требованиям.

Использование планарных петель связи в волноводных фазовращателях на p-i-n диодах позволяет расширить полосу рабочих частот, уменьшить ток управления, сократить габариты, повысить технологичность. Однако отсутствие теории, математических моделей, методов оптимизации подобных фазовращателей приводит к тому, что процесс проектирования остается чисто экспериментальным, требует больших затрат времени и материальных ресурсов.

Цель диссертационной работы.

Разработка волноводных фазовращателей проходного и отражательного типов на p-i-n диодах с планарными петлями связи, обладающих расширенной полосой рабочих частот, уменьшенными габаритами, сниженным током управления, повышенной технологичностью.

Создание основ теории фазовращателей с планарными петлями связи, включающей метод анализа, математические модели, методы расчета элементов фазовращателей.

Исследование влияния конструктивных параметров на выходные электрические характеристики фазовращателей.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:

  • разработка метода анализа, математических моделей p-i-n-диодных фазовращателей проходного и отражательного типов с планарными петлями связи;
  • проверка адекватности предложенных моделей на примере ряда конструкций;
  • анализ влияния различных конструктивных факторов на электрические характеристики фазовращателей;
  • исследование трансформирующих свойств планарной петли
    связи.

Методы исследования.

Для создания и исследования математических моделей фазовращателей с планарными петлями связи применены методы декомпозиции, численного решения алгебраических уравнений, теория СВЧ цепей с сосредоточенными и распределенными параметрами, а также численное моделирование с использованием современных САПР. Для проверки адекватности моделей использовались методы экспериментального исследования характеристик СВЧ устройств.

Научная новизна.

  1. Предложены конструкции волноводных фазовращателей проходного и отражательного типов на p-i-n диодах с планарными петлями связи.
  2. Разработан метод анализа волноводных фазовращателей с планарными петлями связи, основанный на декомпозиции и эквивалентных представлениях элементов конструкции с учетом одновременно существующих в планарной петле связи двух типов волн: волноводной волны и волны, близкой по структуре к Т-волне.
  3. Разработаны математические модели, позволяющие адекватно моделировать фазочастотные и амплитудно-частотные характеристики фазовращателей проходного и отражательного типов с планарными петлями связи.
  4. Получены аналитические зависимости для определения коэффициента трансформации планарной петли связи для фазовращателей проходного и отражательного типов.
  5. Определены возможности и пути управления ФЧХ фазовращателя отражательного типа. Установленная нелинейность частотной зависимости коэффициента трансформации позволяет выбирать на ней рабочую точку, соответствующую наиболее плоской ФЧХ в рабочей полосе частот.

Практическая значимость.

Предложены конструкции волноводных фазовращателей на p-i-n диодах с планарными петлями связи. Разработанные методики проектирования фазовращателей с планарными петлями связи позволяют
осуществлять оптимизацию электрических характеристик и параметров, в результате чего повышается качество, сокращаются сроки и стоимость проектирования.

Апробация работы. Основные результаты докладывались на Международной научно-технических конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (АПЭП-2006, Саратов, 2006), на третьей Международной конференции «Радиотехника и связь» (Саратов, 2006), на 4-й международной конференции «Радиотехника и связь» (Саратов, 2007г.), на научно-технической конференции, посвященной 50-летию ФГУП «НПП «Алмаз» (Саратов, 2007), на Международной научно-технических конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (АПЭП-2008, Саратов, 2008), на XXI Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (ММТТ-21, Саратов, 2008).

Достоверность и обоснованность результатов.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов обеспечиваются корректным применением методов теории СВЧ цепей с сосредоточенными и распределенными элементами, обоснованностью упрощающих допущений и соответствием результатов расчетов по предложенным моделям эксперименту, а там, где это возможно, данным, полученным другими теоретическими методами. Достоверность экспериментальных результатов обеспечена применением современных методик и измерительной аппаратуры.

Реализация результатов.

Результаты работы внедрены в научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах, проведенных в ООО «ОКБ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ» г. Саратов.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 14 работ, из них одна работа – в рекомендуемом ВАК издании.

Структура и объем диссертационной работы.

Диссертация общим объемом 106 страниц состоит из введения, трех глав, заключения и содержит 58 рисунков, 5 таблиц, список использованной литературы из 72 наименований и приложения.

Личный вклад автора состоит в разработке конструкции отражательного фазовращателя с планарными петлями связи и реактивного элемента с двухсторонней петлей связи, на которые получены авторские свидетельства на изобретения, математических моделей фазовращателей, а также методов расчета коэффициента трансформации планарной петли связи. Автор принимал непосредственное участие в разработке и экспериментальных исследованиях описанных в диссертационной работе конструкций волноводных фазовращателей с планарными петлями связи.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту:

  1. Предложены волноводные фазовращатели проходного и отражательного типов на p-i-n диодах с планарными петлями связи, отличающиеся расширенной полосой рабочих частот, уменьшенным током управления, технологичностью, улучшенными массогабаритными параметрами.
  2. Математические модели p-i-n-диодных волноводных фазовращателей с планарными петлями связи, учитывающие основные геометрические и физические параметры конструкции, позволяют достоверно описать частотные свойства фазовращателей, установить количественную и качественную взаимосвязь электрических и конструктивных параметров фазовращателей, а также осуществлять их анализ и оптимизацию.
  3. Расширение рабочего диапазона частот фазовращателей обеспечивается трансформирующим свойством планарной петли связи, которая является элементом волноводного тракта с волной типа Н10, и, одновременно, представляет собой копланарную линию передачи с волной, близкой к Т-волне.
  4. Максимально достижимое значение коэффициента трансформации планарной петли связи в фазовращателях проходного типа растет с увеличением длины подложки.
  5. Установленная нелинейная частотная зависимость коэффициента трансформации планарной петли связи в фазовращателе отражательного типа позволяет выбирать на ней рабочую точку, соответствующую наиболее плоской ФЧХ в рабочей полосе частот.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается современное состояние решаемой задачи, обосновывается актуальность темы, определяются цели и задачи работы, отмечаются научная новизна и практическая значимость, характеризуются методы исследования, приводятся сведения об апробации работы и структуре диссертации, формулируются основные положения и результаты, выносимые на защиту.

В первой главе представлена конструкция многопозиционного волноводного фазовращателя отражательного типа (рис.1), состоящая из закороченного на конце прямоугольного волновода, в котором установлен ряд диэлектрических пластин с планарными петлями связи. К концам каждой петли связи присоединены p-i-n диоды, электрически соединенные с закороткой. Управляющие электроды, предназначенные для подачи управляющего напряжения на p-i-n диоды, подсоединяются к средней точке каждой петли связи. При поочередном включении p-i-n диодов обеспечивается режим переменной реактивной нагрузки на конце волновода, тем самым изменяется фаза отраженного сигнала.

Рис.1. Многопозиционный фазовращатель отражательного типа
с планарными петлями связи

В соответствии с особенностями конструкции, фазовращатель относится к типу волноводно-планарных структур, в которых диэлектрическая подложка с печатными проводниками и навесными активными элементами является частью волноводного тракта. Сложность электродинамического анализа рассматриваемых структур обусловлена наличием диэлектрической подложки с достаточно большой диэлектрической проницаемостью, наличием точечного активного элемента, сложностью геометрии проводников.

Предлагаемый метод анализа основан на декомпозиции и эквивалентных представлениях элементов конструкции. Базовым элементом многопозиционного фазовращателя, изображенного на рис. 1, является двухпозиционный фазовращатель, в состав которого входят одна планарная петля связи, соединенные с ней p-i-n-диоды и управляющий электрод.

Для анализа планарной петли связи применен метод зеркального отображения проводника петли связи относительно широкой стенки волновода. Полученная таким образом система проводников представляет собой копланарную полосковую линию (КПЛ) (рис.2).

Рис.2. Зеркальное отображение петли связи

На рис.3 представлена топологическая модель, составленная для двухпозиционного фазовращателя. При разработке топологической модели учитывалась симметрия конструкции относительно Н-плоскости.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»