Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Основным направлением развития радиолокационной техники на протяжении последних десятилетий является расширение области ее применения от чисто военных задач и навигации до экологического мониторинга и поиска полезных ископаемых, что стало возможным в результате бурного развития многофункциональных радиоэлектронных систем (РЗС).
Многофункциональность РЭС основывается на совершенствовании их микроволновых трактов и замене классических передатчиков и антенн активными фазированными антенными решетками (АФАР). Проектирование АФАР возможно лишь при широком применение твердотельной элементной базы, которая в настоящее время стремительно расширяется и улучшается качественно.
Микроволновые устройства на основе полупроводниковых приборов, которые получили название активных модулей (AM) СВЧ, проектируются в виде отдельных законченных конструкций, осуществляющих функции формирования сложных сигналов, управления их фазой и амплитудой, усиления и коммутации, преобразования частоты и др. Следует отметить, что AM стали находить широкое применение и в микроволновых трактах передатчиков РЭС классического типа при использовании сложных зондирующих сигналов, и в передатчиках микроволновых систем связи, особенно при использовании космических носителей.
Особенность AM передающих микроволновых трактов заключается в том, что они должны выполнять свои функции на высоком уровне мощности (ВУМ), рассеивать большую СВЧ мощность в небольшом ограниченном объеме, в то время, как полупроводниковые элементы, как правило, нормально работают при ограниченном уровне входной мощности. Поэтому актуальной научно-технической задачей является определение закономерностей распределения рассеиваемой мощности полупроводниковыми приборами AM передающих микроволновых трактов. Не менее актуальной при проектировании АФАР является задача определения параметров AM, работающих при переменной несогласованной нагрузке, что
ходных каналах АФАР.
Несмотря на то, что исследованиям и проектированию AM посвящено довольно много научно-технических публикаций, возможности этих устройств далеко не исчерпаны, кх параметры и характеристики постоянно совершенствуются. В настоящее время отсутствуют работы, в которых достаточно полно освещались бы вопросы их проектирования на ВУМ и в режиме с переменными несогласованными нагрузками, методы анализа энергетических характеристик их элементов, математические модели и инженерные методики расчета различного вида AM и их основных функциональных устройств, позволяющие аналитическим путем осуществить оптимальный выбор схемо-технического решения и с помощью численного экспериментирования на ЭЦВМ оптимизировать их энергетические и электрические характеристики.
Известные конструкции микроволновых AM и их отдельных функциональных устройств часто не отвечают требованиям оптимального размещения полупроводниковых приборов (ШШ) и других элементов с целью оптимизации их энергетических и электрических характеристик, паразитного излучения и теплового режима на ВУМ. Существующие методы анализа характеристик AM и математические модели их элементов и узлов не позволяют в полной мере сформулировать эти требования для практической реализации и использования.
Устранение отмеченных выше пробелов имеет большое научное и практическое значение и является основным направлением исследований в данной работе.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью работы является разработка, анализ и оптимизация энергетических и электрических характеристик микроволновых модулей и их функциональных устройств, работающих на высоком уровне СВЧ мощности и на несогласованную нагрузку в составе активных фазированных антенных решеток.
Поставленная цель достигнута решением следующих задач:
-
Разработка метода анализа определения распределения рассеиваемой мощности между диссипативными элементами СВЧ цепей, работающих на ВУМ и на несогласованную нагрузку.
-
Разработка математических моделей, численное исследование и оптимизация энергетических и электрических характеристик функциональных устройств микроволновых модулей.
-
Разработка инженерной методики расчета распределения мощности з многокаскадном соединении микроволновых устройств.
-
Разработка новых конструкции и экспериментальные исследования микроволновых модулей, их функциональных устройств и фрагмента АФАР.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. При решении поставленных задач использовались методы теории цепей, теории матриц, теории вероятности и числовые.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. В работе получены такие новые научные результаты:
-
Впервые разработан, обоснован и использован з проектировании метод анализа распределения рассеиваемой мощности между элементами в цепях из диссипативных многополюсников.
-
Впервые разработан, обоснован и использован в проектировании приближенный метод, позволяющий аналитическим путем исследовать характеристики соединения многополюсников СВЧ и нагрузок с учетом неидеальности их компонентов.
-
Определены условия равномерного поглощения мощности элементами в многокаскадном соединении четырехполюсников.
-
На базе предложенных методов разработаны математические модели устройств СВЧ и их совокупности, позволяющие оптимизировать энергетические и электрические характеристики AM.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. В работе получены такие новые практические результаты:
-
Разработана инженерная методика расчета распределения мощности в многокаскадном соединении микроволновых устройств и элементов AM на базе предложенных методов.
-
Предложены оригинальные схемотехнические и конструктивные решения ряда микроволновых устройств AM, направленные на улучшение радиотехнических параметров и оптимизацию энергетических характеристик.
-
На основе анализа и результатов экспериментальных исследований разработаны рекомендации по оптимальному конструированию АФАР, модулей и их функциональных устройств, работающих на высоком уровне мощности.
4. Разработаны и исследованы экспериментальный образец передающей активной фазированной антенной решетки, микроволновые модули, осуществляющие функции коммутации и преобразования сигнала, а также функциональные микроволновые устройства, входящие в их состав. Результаты исследовании подтверждают основные теоретические выводы работы и позволяют осуществлять разработку полномасштабной передающей АФАР.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Диссертационная работа выполнена в обеспечение плана основных НИОКР НПО "КВАНТ", НИИ новых физических и прикладных проблем. Результаты использованы в разработках этих предприятий, на опытном заводе "КВАНТ", серийном заводе "БУРЕВЕСТНИК". Новизна научно-технических решений защищена авторскими свидетельствами [8,12,131.
АППРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты проведенных исследований обсуждены на конференциях и семинарах:
Второй межведомственной конференции "Машинное проектирование устройств и систем СВЧ", г. Киев, 1974;
XX научно-техническом семинаре МРП СССР по теории и технике антенн, г. Москва, 1974;
Всесоюзном научно-техническом семинаре "Математическое моделирование физических процессов в антенно-фидерных трактах", г. Саратов, 1990;
Всесоюзной научно-технической конференции "ФАР и их злементы: автоматизация проектирования и измерений", г. Казань, 1990;
Первой научно-технической конференции Киевского военного инженерного училища связи, г. Киев, 25-26 ноября 1993 г.
ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения диссертации изложены в 14 печатных работах. Список работ приведен в конце автореферата.
СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и библиографического списка из 115 наименований. Работа содержит 140 страниц текста, 65 рисунков на 50 страницах, 14 страниц таблиц.
~ / ~