WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Список использованных источников включает 74 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность разработки перестраиваемого ВТСП фильтра, управляемого системой управления, используемого для улучшения характеристик антенно-приемных устройств КВ диапазона, сформулирована цель и задача исследований, показаны научная новизна и практическая значимость работы, представлена структура диссертации.

В первой главе рассмотрены основные направления использования и области применения управляемых ВТСП фильтров. Структурная схема использования ВТСП фильтров в антенно-приемных устройствах показана на рисунке 1.

Управляемый преселектор Антенна МШУ РПУ Входная ВТСП Выходная цепь фильтр цепь Автоматическая Устройство система управления настройки по параметрами частоте РПУ Рисунок 1 – Использование ВТСП фильтра в качестве преселектора радиоприемного устройства.

Диапазон частот в приемниках КВ диапазона лежит в интервале от 1 МГц до 32 МГц с гарантированной точностью установки частоты 1 Гц во всем диапазоне перестройки. Полоса сигнала лежит в интервале от 300 Гц до 10 кГц. Таким образом, преселектор для антенно-приемных устройств КВ диапазона должен иметь регулируемую полосу пропускания от 0.3 кГц до кГц и диапазон перестройки рабочей частоты в пять октав при точности установки частоты порядка 1 – 10 Гц и высоком коэффициенте передачи.

В главе рассмотрены зависимости диапазонных и энергетических (КПД) параметров электрически малых вибраторных антенн от размеров плеча симметричного вибратора и добротности ВТСП контура. Показано, что подобный контур может быть использован для уменьшения размеров антенны КВ диапазона, а также для построения сверхузкополосных антенндатчиков. В частности, на рисунке 2 показана потенциальная возможность уменьшения длины плеча вибратора в зависимости от требуемой полосы пропускания. Возможная схема настройки ЭМВА показана на рисунке 3.

Установлено, что подобная схема при высокой добротности ВТСП контура может использоваться в качестве сверхузкополосного (с полосой около Гц) антенны-датчика.

2f f0.0.1.1.1.1..10 7 1.10 0.01 0.1 2l 2lf= 0 c Рисунок 2 - Зависимость полосы пропускания от размеров антенны.

ЭМВА Блок определения Управляемый РПУ 2lВТСП контур ошибки настройки Система управления Рисунок 3 - Возможная схема настройки ЭМА с помощью ВТСП контура.

Вторая глава посвящена анализу способов перестройки рабочей частоты ВТСП фильтров с электромеханической перестройкой частоты и полосы.

Одним из возможных способов реализации электромеханического способа перестройки ВТСП фильтра с использованием перемещения его составных частей с помощью пьезодвигателя показан на рисунке 4. На нем введены следующие обозначения: 1 – сосуд Дьюара; 2 – пластиковый стакан;

3 – фторопластовый стакан; 4 – основание; 5 – пьезодвигатель; 6 – вал пьезодвигателя; 7 – фторопластовая насадка; 8 – вставки из LaAlO; 9 – катушка; 10 – кабели с петлями связи; 11 – уровень жидкого азота.

Рисунок 4 - Эскиз конструкции ВТСП фильтра с помещенным в жидкий азот пьезодвигателем.

Разработанный ранее [17] ВТСП фильтр обладал при механическом перемещении пластин полосой перестройки свыше 2-х октав в КВ диапазоне и возможностью управления полосой пропускания в пределах 0.3-3кГц и более. При использовании двух переключаемых ВТСП фильтров диапазон перестройки расширялся до 4 – 5 октав.

В главе обоснованы требования, предъявляемые к системе управления рассматриваемого фильтра. Исследованная ранее [18] кривая настройки ВТСП фильтра имеет ярко выраженный нелинейный характер (рисунок 5).

Определенное по этой кривой приращение рабочей частоты фильтра на единичное изменение расстояния максимально в низкочастотной части рабочего диапазона, и составляет ( fр / L)max = 27 кГц/мкм. Соответственно в высокочастотной части рабочего диапазона ( fр / L) = 3,5 кГц/мкм. Анализ характеристик разработанного ВТСП фильтра и пьезопривода позволяет установить взаимосвязь между характеристиками этих узлов и точностными характеристиками настройки и электромеханической настройкой фильтра.

Для настройки фильтра с точностью 1 Гц (типовая точность настройки существующих приемников КВ диапазона) минимальный дискрет Гц перемещения пластин должен составлять lмин = 0,35[ ]. Понятно, что А подобная точность фиксации электромеханического перемещения требует разработки специальных методов настройки и управления ВТСП фильтром, которые рассматриваются в следующих разделах.

Эксперимент Теория 0 1000 2000 Расстояние между катушками, мкм Рисунок 5 - Экспериментально и теоретически рассчитанные зависимости частоты ВТСП фильтра от расстояния между подложками.

В третьей главе рассматривается требуемый алгоритм работы системы управления. В начальный момент, когда на вход системы управления Частота, МГц поступает значение частоты рабочего канала, система должна определить значение исходной частоты ВТСП фильтра, не известной на начальный момент, сравнить его с требуемым значением, затем осуществить перестройку фильтра в требуемом направлении сначала в быстром, а затем в точном режиме. Понятно, что такая система управления является системой с обратной связью. Т.е. управляющее воздействие формируется на основе данных о требуемом значении частоты настройки и информации о текущем значении центральной частоты ВТСП фильтра. В главе рассмотрены различные методы определения начальной частоты и настройки электромеханически перестраиваемого ВТСП фильтра на частоту рабочего канала.

Как наиболее пригодные для практического построения систем управления, обоснованы следующие методы: автогенераторный и амплитудный – для определения начальной частоты и грубой настройки, амплитудный и амплитудно-разностный метод – для точной настройки ВТСП фильтра. Рассмотрим подробнее методы определения начальной частоты.

Автогенераторный метод заключается в использовании ВТСП фильтра в составе автогенератора. Этот метод позволяет с минимальными временными затратами (доли секунды) определять частоту ВТСП фильтра, однако установлено, что при работе с этим методом в широком диапазоне частот возникает неустойчивая работа генератора из-за нарушения баланса амплитуд и фаз.

Этого недостатка лишен амплитудный метод, структурная схема которого показана на рисунке 6. В процессе определения текущей частоты ВТСП фильтра, весь рабочий диапазон фильтра сканируется генератором, при этом контролируется амплитуда выходного сигнала. Когда частота сигнала, подводимого ко входу ВТСП фильтра, достигнет начальной частоты фильтра блок определения максимума выделяет этот момент и сканирование по частоте прекращается. Частота, при которой прекратилось сканирование, и считается начальной частотой ВТСП фильтра.

Перестраиваемый Сканирующий ВТСП Амплитудный фильтр генератор детектор Частотомер Блок определения максимума Рисунок 6 – Структурная схема определения частоты ВТСП фильтра методом максимума.

Очевидно, что этот метод требует больших временных затрат, чем автогенераторный метод, из-за узкополосности фильтра и значительного (примерно 200000 полос фильтра) диапазона возможных значений начальной частоты. В главе определена возможная скорость перестройки частоты подаваемого сигнала в процессе определения начальной частоты фильтра (или скорость перестройки фильтра в процессе настройки), для случаев, когда амплитуда колебаний на выходе фильтра достигала заданного уровня (0.9 и 0.1) от стационарного значения. Для этого рассмотрена модель, когда на фильтр поступает радиоимпульс с частотой заполнения, равной центральной частоте фильтра, и длительностью, зависящей от скорости сканирования и ширины полосы пропускания фильтра. Установлено, что амплитуда сигнала на выходе фильтра определяется выражением -t 2t Krez Um 2fk kk 1- 2e cos t + e, 0 < t < ( ) 1+ k 2 Vsk ( ), (1) 2fk 2fk 2fk U (t) = - -t Vsk Vsk Vsk, Krez Um 2fk k k 1- 2e cos t + e exp t ( ) k Vsk 1+ k ( ) где - расстройка между частотой входного сигнала и центральной частотой фильтра (в данном случае =0), 2fk - полоса пропускания фильтра, - скорость сканирования по частоте [Гц/c], k - постоянная Vsk Q времени фильтра, =, Q – добротность, f0 –центральная частота, k fKrez Um – амплитуда колебаний с частотой, равной центральной на выходе в установившемся режиме, Krez - коэффициент передачи фильтра.

Время сканирования было рассмотрено исходя из значений амплитуды колебаний на выходе ВТСП фильтра в процессе сканирования 0.9 и 0.1 от амплитуды в установившемся режиме. Соответственно для первого случая проход всего диапазона займёт приблизительно 25 мин, для второго 18 сек.

На практике было установлено, что уровень амплитуды 0.1 от амплитуды в установившемся режиме, надежно фиксируется (при Uвх.макс = 5 мВ) блоком определения максимума, построенным на 10-разрядном аналого-цифровом преобразователе. Дальнейшее понижение этого уровня приводит к сбоям в работе системы.

Для реализации системы управления ВТСП фильтром предложено использовать амплитудный метод на этапе быстрой и грубой настройки и амплитудно-разностный метод на этапе точной настройки. В процессе точной настройки ВТСП фильтра с помощью амплитудного метода система работает как и при определении начальной частоты. Отличие состоит в том, что вместо изменения частоты, подаваемого на вход фильтра сигнала, с помощью пьезопривода “перемещается” рабочая частота фильтра. Частота сигнала, подаваемого на вход фильтра, при этом устанавливается равной частоте рабочего канала. Установлено, что амплитудный метод не обеспечивает требуемой точности настройки.

Более высокой точностью обладает предложенный амплитудноразностный метод точной настройки (рисунок 7), в котором используется тестовый сигнал. Тестовый сигнал, формируемый в формирователе частоты рабочего канала (ФЧРК), представляет собой две гармоники на частотах f0 ± f, поочерёдно подаваемые на вход контура. Сигнал с выхода ВТСП фильтра через коммутатор (К) поступает на приёмник тестового сигнала (ПТС), который анализирует этот сигнал и с помощью формирователя сигнала управления (ФСУ) формирует сигнал управления частотой ВТСП фильтра. Этот сигнал усиливается в высоковольтном адаптере (ВВА) и воздействует на пьезодвигатель, осуществляющий механическую перестройку ВТСП фильтра.

Рисунок 7 – Структурная схема системы управления для настройки ВТСП фильтра амплитудно-разностным методом.

Четвертая глава посвящена анализу точностных и временных характеристик настройки ВТСП фильтра амплитудным и амплитудноразностным методом. С использованием амплитудно-частотных характеристик ВТСП фильтров получены соотношения для оценки точности настройки рассмотренных методов. Исходя из расчета точностных показателей каждого из методов сформулированы требования, предъявляемые к блокам, входящим в систему настройки и к блоку управления пьезодвигателем ВТСП фильтра.

Произведен анализ точности настройки фильтра при использовании амплитудного метода. Основной фактор, влияющий на точность данного метода – неточность фиксации максимума амплитудно-частотной характеристики ВТСП фильтра блоком определения максимума. Амплитуда на выходе фильтра Uвых (f) зависит от напряжения на входе Uвх (f) (при гармоническом входном сигнале). Получено выражение, показывающее, какая будет ошибка по частоте f при заданной неточности фиксации максимума амплитуды Uвых (f0) блоком определения максимума fk f - Uвых (f0). (2) Uвх (f0) n На рисунке 8 показана зависимость ошибки настройки ВТСП фильтра по частоте от нормированного (по отношению к амплитуде сигнала на входе ВТСП фильтра) значения неточности фиксации максимума амплитуды блоком определения максимума для различных значений полосы ВТСП фильтра. Эта зависимость использовалась при построении блока определения максимума систем управления с амплитудным методом, в частности, для определения разрядности применяемого АЦП.

dfk=50 Гц dfk=50 Гц dfk=100 Гц dfk=100 Гц dfk=250 Гц dfk=250 Гц dfk=500 Гц dfk=500 Гц dfk=1000 Гц dfk=1000 Гц.10 4.10 4.10 4.10 4.10 4.10 4.10 4.10 4.10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0.-dUвых/Uвх Рисунок 8 – Зависимость ошибки настройки по частоте от нормированного значения неточности фиксации максимума амплитуды блоком определения максимума.

df Произведен анализ точности настройки фильтра при использовании амплитудно-разностного метода. Так для одиночного ВТСП контура установлена связь сигнала “ошибки” U (разности амплитуд гармоник тестового сигнала) с погрешностью настройки f 4UK(f0) f U( f) =-, (3) fk 3 где 2fk - полоса пропускания ВТСП контура, U1 –амплитуда гармоники тестового сигнала, K(f0) - коэффициент передачи фильтра на центральной частоте. В частности, задаваясь значением коэффициента передачи на центральной частоте K( f0 ) = 0.5, требуемой неточностью настройки f = 1 Гц, минимальной полосой контура 2fk = 300 Гц, из (3) получаем требуемую чувствительность приемника тестового сигнала U = 2.56610-3 U1. (4) Показано, что погрешность настройки фильтра f из-за наличия погрешностей других блоков (ширины зоны нечувствительности приемника тестового сигнала Uптс, неточности установки амплитуд U, погрешностей частот сигналов входящих в состав блока ФЧРК (f215, f5, f30 – отклонения частот генераторов 215 кГц, 5 МГц, 30 МГц, входящих в состав ФЧРК от номинальных значений, fn.rpu – отклонение частоты гетеродина радиоприемного устройства)) имеет вид 2.11U fk Uптс fk f =-+ fn.rpu - f5 + f215 - f30. (5) U10 0.772U10 K ( f0) В диссертации проведен анализ влияния каждого из параметров, входящих в (5) на погрешность настройки и их совокупности. Полученные данные использовались при построении блоков системы управления, использующей амплитудно-разностный метод настройки.

В главе проведена оценка важнейшего параметра системы управления – времени, необходимого на перестройку ВТСП фильтра с начальной частоты на частоту рабочего канала, заданную оператором. Общее время настройки ВТСП фильтра t определяется соотношением t = tопред + tгр.настр + tточ.настр + tперех.процесс, (6) где tОПРЕД - время определения исходной (начальной) частоты ВТСП фильтра, tГР.НАСТР. - время грубой настройки, tТОЧ..НАСТР. - время точной настройки, tПЕРЕХ.ПРОЦЕСС - время переходных процессов (рисунок 9).

Рисунок 9 – Основные составляющие общего времени настройки ВТСП фильтра на заданную частоту.

Pages:     | 1 || 3 |






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