Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Моделирование сверхширокополосной системы, излучающей сверхкороткие импульсы 19
1.1. Характеристики излучения сверхкоротких импульсов 20
1.2. Методы электродинамического моделирования во временной области.. 23
1.3. Задание граничных и начальных условий, расчет рассеянного и излученного поля 34
1.4. Моделирование ТЕМ-рупора 47
Выводы 57
Глава 2. Улучшение характеристик систем излучения СКИ 58
2.1. Управление положением главного лепестка импульсной АФАР 60
2.2. Влияние параметров ТЕМ-рупора на характеристики излучения СКИ ... 62
2.3. Компенсация неравномерности энергетической диаграммы направленности ТЕМ-рупора 72
2.4. Формирование СКИ заданной формы 75
Выводы 95
Глава 3. Совместная модель генератора СКИ и антенны 96
3.1. Генерация сверхкоротких импульсов 97
3.2. Представление антенны при совместном моделировании с формирователем СКИ 102
3.3. Оптимизация параметров направленного излучателя 104
3.4. Оптимизация параметров ненаправленного излучателя 110
Выводы 116
Глава 4. Моделирование напряжений и токов, наводимых электромагнитным излучением на узлы РЭС 117
4.1. Стойкость МШУ набазеПТШ к импульсным помехам 118
4.2. Воздействие электромагнитного излучения СКИ на полосковую линию 124
4.3. Представление излучающей и приемной антенны 129
4.4. Воздействие электромагнитного излучения СКИ на ТЕМ-рупор 132
Выводы 135
Заключение
- Методы электродинамического моделирования во временной области..
- Влияние параметров ТЕМ-рупора на характеристики излучения СКИ
- Представление антенны при совместном моделировании с формирователем СКИ
- Воздействие электромагнитного излучения СКИ на полосковую линию
Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время актуально применение сверхкоротких импульсов (СКИ) в ряде приложений сверхширокополосной (СШП) связи и радиолокации. Излучатели таких сигналов с одной стороны должны обладать минимально возможными размерами, а с другой - обеспечивать приемлемый уровень согласования генератора и антенны, заданное распределение энергии в пространстве. Невысокая средняя мощность сигнала на выходе существующих малогабаритных формирователей приводит к тому, что эффективная генерация и излучение являются целью при разработке излучателей сверхкоротких импульсов.
В качестве характеристик излучателей, применяемых в таких системах, обычно рассматриваются энергетические диаграммы направленности, форма поля в заданных точках пространства, уровень согласования между антенной и генератором, или зависимость коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) от частоты в полосе, перекрывающей спектр СКИ. Эти характеристики определяются геометрией антенны и сигналом на выходе формирователя. Можно выделить два пути повышения эффективности излучения сверхкоротких импульсов: оптимизация геометрии антенны, синтез сигнала требуемой формы на выходе генератора. Несмотря на наличие большого количества публикаций, посвященных излучающим сверхкороткие импульсы антеннам, вопросы оптимизации энергетических диаграмм направленности (ДН) для требуемого сигнала и компенсации искажения формы поля на заданном расстоянии от антенны освещены недостаточно.
Проектирование антенны без учета выходных характеристик формирователя не приемлемо, так как оба этих устройства подвержены взаимовлиянию, что сказывается как на форме генерируемого сигнала, так и на характеристиках излучения антенны. Построение совместной схемотехнической модели генератора и антенны представляется необходимым для эффективного излучения сверхкоротких импульсов.
Излучение СКИ приводит к тому, что для многих радиосистем они становятся радиопомехами. Ширина их спектра позволяет проникать на вход усилителей приемников в различном диапазоне. В случае СШП приемника, избирательная часть может отсутствовать и СКИ воздействует непосредственно на вход малошумящего усилителя (МШУ). Известны работы, в которых описывается эффект обратимой деградации характеристик МШУ под воздействие серии СКИ. Особенностью данных работ является рассмотрение
контактного воздействия СКИ на вход МШУ, при котором все эффекты проявляются в чистом виде. Необходимо учитывать тот факт, что форма сверхкоротких импульсов изменяется при излучении, распространении и воздействии в виде наводок на узлы радиоэлектронных средств. В связи с этим представляет интерес построение модели, позволяющей оценить уровень напряжений и токов, наводимых электромагнитным излучением СКИ на заданной дистанции от антенны передатчика на узлы радиоэлектронных средств (РЭС).
Таким образом, практическая потребность в решении перечисленных выше задач определяет актуальность тематики данной диссертации.
Целью работы является:
Исследование влияния параметров СШП излучателей на характеристики формирования сверхкоротких импульсов, разработка методики компенсации искажений формы сигнала на заданном расстоянии от излучателя, разработка совместной модели антенны и генератора, учитывающей их взаимовлияние, для расчета поля во временной области в заданных точках пространства, исследование воздействия электромагнитного излучения СКИ на узлы РЭС.
Основные задачи:
разработать электродинамическую модель сверхширокополосной антенны во временной области;
исследовать влияние геометрических параметров антенн на характеристики излучения;
оптимизировать геометрию СШП антенны для применения в импульсных сканирующих антенных решетках;
разработать методику компенсации искажений формы импульсов электромагнитного поля на заданном расстоянии от излучателя;
разработать совместную модель антенны и генератора, позволяющую рассчитывать составляющие поля в заданных точках пространства;
исследовать влияние геометрии направленной и ненаправленной антенны на характеристики излучения при совместном моделировании с генератором;
разработать модель, позволяющую рассчитывать напряжения и токи, наводимые электромагнитным излучением СКИ на узлы РЭС.
Методы исследования.
В диссертационной работе использованы методы теории электрических цепей и сигналов, методы математического и компьютерного моделирования, численные методы оптимизации, математический аппарат дифференциальных уравнений, современные методики экспериментальных исследований.
Научная новизна.
-
Разработана методика компенсации искажения формы излучаемых сверхкоротких импульсов.
-
Предложена схемотехническая модель излучателя, учитывающая взаимное влияние антенны и генератора сверхкоротких импульсов.
-
Проведена оптимизация энергетических диаграмм направленности и формы поля в дальней зоне с учётом влияния геометрических параметров сверхширокополосных антенн на характеристики излучения сверхкороткого импульса субнаносекундной длительности.
-
Получены конфигурации направленной и ненаправленной антенн с оптимальными характеристиками излучения для заданного сигнала.
-
Предложена электродинамическая модель приемного тракта, позволяющая оценить форму напряжений и токов, наводимых на узлы радиоэлектронных средств, и характеристики обратимой деградации входного малошумящего усилителя.
Практическая ценность работы.
-
Предложена модель ТЕМ-рупора, созданная с использованием разработанного программного комплекса моделирования электродинамических структур во временной области и позволяющая рассчитывать характеристики излучения СКИ.
-
Предложена методика коррекции искажений энергетической диаграммы направленности ТЕМ-рупора путем изменения формы апертуры.
-
Разработана методика, позволяющая формировать требуемый сигнал в заданной точке пространства с учетом характеристик излучателя.
-
Предложены модель генератора сверхкоротких импульсов и сверхширокополосной антенны, учитывающая их взаимное влияние, и алгоритм расчета элементов матрицы S-параметров, которые позволяют оптимизировать характеристики излучателя на стадии проектирования.
-
Разработана модель для расчета напряжений и токов, наводимых электромагнитным излучением сверхкоротких импульсов на элементы радиоэлектронных средств.
Достоверность полученных в диссертации результатов определяется корректным применением современных математических методов и моделей, совпадением новых результатов с известными в частных случаях, а также соответствием результатов моделирования экспериментальным данным.
На защиту выносятся следующие результаты, впервые достаточно подробно развитые или впервые полученные в настоящей работе:
-
Программный комплекс моделирования электродинамических структур во временной области.
-
Модель СШП ТЕМ-рупора, а также результаты теоретического и экспериментального исследования его характеристик.
-
Методика компенсации искажений формы СКИ на заданном расстоянии от излучателя.
-
Совместная схемотехническая модель генератора СКИ и антенны излучателя, позволяющая учитывать их взаимное влияние.
Личный вклад автора определяется проведением теоретических и экспериментальных исследований, а так же анализом полученных результатов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены в виде докладов и обсуждались на: XII, XIII, XIV, XV, XVI, XVII, XVIII Международных научно-технических конференциях «Радиолокация, навигация, связь», Воронеж, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012 г.; XI Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», г. Екатеринбург, 2012 г.; 67 Научной сессии РНТОРЭС им. Попова, посвященной Дню радио, г. Москва, 2012 г.; 10-й Международной научной конференции и школе-семинаре «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники», г. Таганрог, 2006 г.; Всероссийской научно-технической конференции «Перспективные исследования и разработки в области информационных технологий и связи», г.Воронеж, 2012 г.; Научных сессиях Воронежского государственного университета, г. Воронеж, 2011, 2012 г.
Внедрение научных результатов. Результаты диссертации использованы в научно-исследовательских работах, выполнявшихся на кафедре электроники Воронежского государственного университета, «Диффузия-К-ВГУ» (государственный контракт № 64019/36-06), ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы (государственный контракт № П1140 и № 14.740.11.1081), а так же в учебном процессе.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, работы [5, 7, 11, 13, 16] опубликованы в периодических изданиях, рекомендованных ВАК для публикаций основных результатов диссертаций, остальные работы - в сборниках трудов конференций.
Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего ПО наименований. Объём диссертации составляет 150 страниц, включая 83 иллюстрации.
Методы электродинамического моделирования во временной области..
Помимо энергетических ДН в ряде работ [44] в качестве характеристики пространственного излучения рассматривают отношение амплитуды напряженности электрической составляющей поля на расстоянии 1 м от антенны к амплитуде входного сигнала. Однако это отношение не несет в себе информации об энергетике излученного сигнала, а потому не представляется удобным для использования.
Как следует из (1.1), расчет энергетических ДН связан с моделированием электрической составляющей поля в заданных точках пространства в ДЗ. При этом энергетические ДН и форма поля в ДЗ характеризуют антенну с учетом излучаемого сигнала. Отдельное описание
свойств антенны возможно с использованием ИХ в выбранных точках пространства.
Считая, что антенна и окружающая среда линейны, связь между возбуждающим сигналом и полем в заданной точке пространства можно записать в виде: Ea(r,0,(p,t) = ha(r,e, p,t)s(t), (1.2) где ha(r,0,(p,t) - импульсная характеристика для заданной составляющей поля (а - символ, соответствующий составляющей поля), s(t) - сигнал на входе антенны, - оператор свертки.
Если импульсная характеристика в заданной точке пространства известна, то с помощью соотношения (1.2) можно рассчитать электрическую составляющую поля в этой точке. Если же требуется найти ha(r,6,(p,t), то соотношение (1.2) следует рассматривать как линейное уравнение относительно импульсной характеристики. Проведя моделирование антенны с тестовым сигналом s{t) на входе, можно рассчитать электрическую составляющую поля Еа(г,в,(р,() в заданной точке и, решив (1.2), найти оценку ha{r,6,(p,t) в частотном диапазоне, который перекрывается спектром s(t).
Физически частотный диапазон s{t) ограничен, но в спектре сигнала из-за дискретного представления присутствуют ненулевые (весьма незначительные) составляющие на частотах, превышающих верхнюю граничную частоту полосы сигнала s{t). Аналогичная ситуация наблюдается и в спектре сигнала Ea(r,0, p,t). Поэтому найти спектр ha{r,6,(p,t) простым отношением спектров Ea(r,6,cp,t) и s(t) не представляется возможным из-за того, что отношение между малыми составляющими в делителе и делимом не является малым и при обратном преобразовании Фурье искажает вид ha{r,6,(p,t). Один из вариантов решения подобных задач - метод регуляризации Тихонова. Программная реализация этого метода использовалась для поиска оценки ha (г, в, (р, t). Таким образом, для описания СШП антенны могут быть использованы импульсные характеристики, которые позволяют рассчитать для заданного сигнала форму поля в ДЗ и, следовательно, энергетические ДН. Исходя из способа расчета оценок ИХ, можно определить требования к используемому методу моделирования СШП антенн: наряду с моделированием традиционных характеристик (ДН, КСВН, коэффициент усиления и т.п.) необходима возможность расчета составляющих поля во временной области в произвольной точке пространства.
Современные методы численного электродинамического моделирования можно разделить на две категории: решающие систему уравнений Максвелла во временной области и в частотной. Необходимость рассчитывать описанные выше характеристики обуславливает выбор в пользу временных методов.
На сегодняшний день для моделирования СШП систем широко применяются два метода, реализованные в различных САПР (CST Microwave Studio, Remcom XFDTD, FEKO и т.п.): метод конечного интегрирования (МКИ или FIT - finite integration technique) и метод конечных разностей во временной области (МКРВО или FDTD - finite-difference time-domain method). Набор средств САПР, построенных на базе этих методов, позволяет решать широкий спектр прикладных задач.
Метод конечного интегрирования, предложенный Томасом Вейландом в 1977 году, представляет собой дискретную формулировку уравнений Максвелла в интегральной форме, удобную для реализации на ЭВМ и позволяющую моделировать реальные электромагнитные задачи со сложной геометрией [26]. Первый шаг для вывода уравнений FIT состоит в определении электромагнитной области (обычно с открытыми границами), ограниченной областью Q. Следующий шаг заключается в разбиении расчетной области Q. на конечное число ячеек V,, таких как четырехгранные или шестигранные при условии, что все ячейки точно прилегают друг к другу, то есть пересечение двух различных ячеек либо отсутствует, либо должно быть двухмерным многоугольником, общей одномерной гранью обеих ячеек или точкой. Это разбиение дает конечную группу ячеек G, играющую роль расчетной сетки [26]. Для простоты при последующем описании считается, что расчетный объем имеет форму куба и разбиение на сетку вводится для декартовой системы координат так, что мы получаем набор ячеек, где узловые точки (х,-, ур Zk) пронумерованы в соответствии с координатами / = 1,/-1, j = \,J-\ и k = i,K-\ вдоль осей X, Y и Z. Использование теории конечного интегрирования требует рассмотрения области одной ячейки V,, изображенной на рисунке 1.1. На рисунке 1.2 представлено взаимное расположение сетки G и дуальной сетки G, которая описывается ниже.
Влияние параметров ТЕМ-рупора на характеристики излучения СКИ
Применение импульсных сканирующих антенных решеток обусловлено необходимостью локализовать энергию излучаемого сигнала в заданном направлении в течение длительности импульса, что актуально для приложений радиолокации. Для управления положением главного лепестка такой системы необходимо подобрать временную задержку для каждого СКИ так, чтобы в заданную точку наблюдения сигналы от разных излучателей антенной решетки приходили синхронно [43-47, 49, 51, 52]. При этом диапазон углов регулирования положением главного лепестка ограничивается формой энергетической диаграммы направленности излучателя для заданного СКИ [50-53, 79]. В качестве антенны для линейной СШП антенной решетки предлагается ТЕМ-рупор с экспоненциальным законом продольного распределения волнового сопротивления в приближении полосковой линии [68]. Эти антенны достаточно подробно описаны. В работах [54,55, 59, 68] проведено моделирование, а также оптимизация геометрии ТЕМ-рупора. При этом в качестве цели оптимизации рассмотрено уменьшение нижней граничной частоты излучения антенны. Исследованы частотные ДН и зависимость коэффициента усиления от частоты, но не проведены анализ энергетических ДН и подбор параметров с целью улучшения характеристик пространственного излучения СКИ. Таким образом, представляется актуальным провести оптимизацию параметров ТЕМ-рупора для того, чтобы получить энергетическую ДН антенны с заданной шириной [81,84]. Также рассматривается модификация апертуры ТЕМ-рупора с целью формирования равномерной энергетической ДН в требуемом угловом диапазоне.
Известно, что невозможно точно сгенерировать СКИ субнаносекуидной длительности произвольной формы. Данный факт приводит к тому, что в ДЗ антенны при излучении СКИ может возникнуть потребность скомпенсировать искажения, которые вносит антенна, или синтезировать сигнал заданной формы. Подобные задачи важны для приложений СШП радиолокации, в которых необходимо знать форму сигнала, облучающего объект, чтобы рассчитать его характеристики [4, 7].
Скомпенсировать подобные искажения в заданном направлении можно, излучая СКИ определенной формы. В этом случае теоретический расчет требуемого входного сигнала не представляет значительного труда. Однако, его практическое формирование, особенно при длительностях порядка 100...500 пс, является далеко не тривиальной задачей. Возможно применение фильтров, расчет характеристик которых описан в [90, 91]. Но схемотехническая реализация структур с такими характеристиками в этих работах не приводится. Формирование сигнала заданной формы может быть осуществлено с использованием оптических технологий [88]. Можно рассмотреть искомый входной сигнал как суперпозицию взвешенных базисных, используя в качестве последних гауссовский импульс и его производные до определенного порядка [43, 87]. При этом возникает необходимость в генерации сигналов, форма которых усложняется с увеличением порядка производной, предъявляя тем самым более строгие требования к формирователям базисных СКИ. Очевидно, что при генерации требуемого входного сигнала предпочтительно использовать базисные СКИ одной формы. Компенсация искажений па заданном расстоянии в этом случае может происходить за счет введения для каждого базисного сигнала перестраиваемой линии временной задержки и амплитудного множителя, или коэффициента аттенюации.
Ниже описана методика компенсации искажения формы СКИ в дальней зоне, излучаемого сверхширокополосным ТЕМ-рупором [68, 81]. Проводится расчет ее параметров, формирующей требуемый входной сигнал: величин амплитудных множителей и временных задержек каждого исходного, или базисного СКИ. Оценивается влияние статистического разброса параметров системы компенсации на формируемый сигнал в дальней зоне. 2.1. Управление положением главного лепестка импульсной АФАР
Рассмотрим СШП линейную АФАР, излучающую СКИ заданной формы. Допустим для определенности, что это СКИ, представляющий собой гауссовский моноцикл длительностью 350 пс по уровню 0 (рис. 2.1). Форма входного сигнала выбрана с учетом того, что при излучении биполярных импульсов потери на частотах, не превышающих нижнюю граничную частоту излучения, меньше, чем при излучении униполярных СКИ, имеющих ту же энергию и длительность [84]. На рис. 2.2 представлена геометрия такой системы с линейным расположением источников. Пусть в антенной решетке N одинаковых источников, расположенных на расстоянии d друг от друга. Предположим, что все элементы излучают одинаковый сигнал e(r,q ,t) (взаимным влиянием пренебрегаем), и суммарное поле в дальней зоне может быть описано соотношением: E(R,(p,t) = Jje(R,(P,tl(R )), (2.1) где т,(і?,Ф) - временная задержка, вводимая при излучении СКИ /-ым элементом для достижения синхронного прихода излучаемых всей системой сигналов в точку максимума с координатой (R, Ф).
Представление антенны при совместном моделировании с формирователем СКИ
Как было указано в предыдущем пункте, уменьшение величины волнового сопротивления у раскрыва антенны приводит к увеличению ширины энергетической ДН для заданного СКИ в Н-плоскости антенны. Также ширина энергетической ДН увеличивается с ростом угла раскрыва антенны. ЬУ фронг/ч,
Рисунок 2.16 Нормированная энергетическая ДН ТЕМ-рупора В связи с этим для исследуемого ТЕМ-рупора были выбраны следующие геометрические параметры: HR = 130 мм, Z lOO Ом. Нормированная энергетическая ДН антенны в плоскости XOY приведена на рис. 2.14. Хорошо видно, что ее полуширина по уровню 0,7 составляет примерно 60, уровень обратного излучения приблизительно в 30 раз меньше максимального.
Однако в направлении р=0 наблюдается резкий провал характеристики, что не позволяет рассматривать данную антенну для применения в составе АФАР. Провал в энергетической ДН связан с задержкой в приходе фронта электромагнитного импульса к разным участкам апертуры (рис. 2.15).
Несинхронное возбуждение апертуры приводит к искажению сигнала в осевом направлении и уменьшению его энергии. Для устранения этого эффекта необходимо скруглить раскрыв ТЕМ-рупора кривой А, чтобы фронт возбуждал его синхронно. Кривая А на рис. 2.15 задается уравнением: м\LF ) 1+ ( \\LF ) где а - параметр, определяющий степень ее эллиптичности, Lp - длина лепестка ТЕМ-рупора: LF=f . (2.10) На рис. 2.16 приведена желаемая нормированная энергетическая ДН ТЕМ-рупора (кривая 1), энергетическая ДН без коррекции апертуры (кривая 2). Наиболее приемлемой характеристикой с наименьшей неравномерностью и при этом наибольшей шириной обладает ТЕМ-рупор при а=1,2. Его энергетическая ДН представлена кривой 3. Ориентировочное значение для диапазона управления максимумом излучения (р0 при использовании такой антенны составит приблизительно -50...50, что соответствует целевой функции.
Для оптимизированного ТЕМ-рупора был проведен расчет энергетической ДН для АФАР из 10 излучателей при d=30 см для положений максимума при Ф = 0, 25, 50 (рис. 2.17). Видно, что управление положением максимума осуществляется практически без искажений формы энергетической ДН в пределах выбранного интервала (#?0=50). Лишь около границы интервала управления при Ф = 50 незначительно увеличивается уровень побочного излучения.
На рис. 2.18 представлена форма импульсов электрической составляющей поля Е: в направлении излучения максимума для разных углов Ф = 0, 25, 50. Хорошо видна повторяемость формы сигнала, излучаемого внутри интервала управления лучом для разных положений максимума.
Таким образом, апертура ТЕМ-рупора была модифицирована скруглением по эллиптическому закону, что позволило получить равномерную энергетическую ДН с шириной главного лепестка по уровню -3 дБ порядка 100 и, соответственно, диапазон управления максимумом излучения АФАР от -50 до 50 с хорошей повторяемостью формы излучаемого в направлении максимума СКИ. Уровень обратного излучения составил приблизительно 0,03 от максимального, что дало хорошее подавление соответствующих компонент суммарной энергетической ДН у АФАР, построенной с использованием полученной антенны.
Для определенности, в качестве направленной антенны был выбран ТЕМ-рупор с экспоненциальным законом продольного распределения волнового сопротивления от 50 Ом у точки возбуждения до 150 Ом у апертуры в приближении полосковой линии [68]. На рисунке 2.19 приведены временные зависимости электрической составляющей поля Ez антенны в плоскости XOY на расстоянии 30 м при разных величинах угла р.
Из рисунка хорошо видно, что с увеличением угла форма сигнала претерпевает существенное изменение. Импульс становится биполярным при (р = 40, в то время как при (р - 0 у него 3 лепестка. О 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350
Электрическая составляющая поля при различных направлениях максимума Ф (1 - Ф=0; 2 - Ф=25; 3 - Ф=50) Рисунок 2.19 Напряженность электрической составляющей поля при различных углах (1- р=0; 2 - р=20; 3 - р=40; 4 - р=60) Ниже приводится теоретический расчет формы сигнала, который необходимо подать на вход антенны для получения заданной формы поля в дальней зоне, в качестве которой была выбран электрическая составляющая поля в главном направлении ( р = 0).
Воздействие электромагнитного излучения СКИ на полосковую линию
В современной радиоаппаратуре СВЧ-диапазона для усиления и преобразования сигналов широко применяются полевые транзисторы на основе арсенида галлия (GaAs). В частности, полевые транзисторы с затвором Шотки (ПТШ) и транзисторы с высокой подвижностью электронов (НЕМТ). На основе таких транзисторов разрабатываются входные малошумящие усилители СВЧ (МШУ), смесители, а также усилители мощности. Известно, что МШУ и смесители входят в число наиболее уязвимых по отношению к воздействию помех элементов радиоаппаратуры [99-102]. Особенно уязвимы МШУ, поскольку они расположены в радиоприемном тракте сразу после антенны и на них оказывают влияние все принятые помехи. Часто воздействие на МШУ происходит непосредственно, так как для повышения чувствительности приемника входные защитные устройства и фильтры могут отсутствовать.
На сегодняшний день весьма актуально применение сверхкоротких импульсов в различных приложениях радиосвязи, радиолокации и в системах радиоэлектронного подавления [1-12, 18-20]. Это приводит к тому, что подобные сигналы в качестве преднамеренных или непреднамеренных помех могут оказывать влияние непосредственно на МШУ. Практически воздействие может проходить двумя путями [100-102]: через антенный тракт вместе с полезным сигналом (этот путь является весьма вероятным, поскольку спектр сверхкоротких импульсов лежит в СВЧ-диапазоне и может оказаться в пределах полосы радиочастотного тракта); в виде наводок, создаваемых в цепях СВЧ-устройств. В обоих случаях помеховые воздействия реализуются в виде импульсных напряжений в транзисторных цепях. При этом во входных цепях действуют импульсы помех, прошедших обоими из указанных путей, а в выходных цепях - только наводки, возникающие помимо антенных трактов, так что первый вариант воздействия является наиболее вероятным.
Для тестирования элементной базы МШУ на пригодность в работах [101, 103, 104] предложены методики, позволяющие с помощью автоматизированного комплекса [ПО] определять характеристики транзисторов при контактном воздействии сверхкоротких видеоимпульсов на вход усилителя. Целый ряд статей [101-109] посвящен экспериментальному и теоретическому исследованию возникающего под воздействием СКВИ эффекта обратимой деградации характеристик GaAs полевых транзисторов с затвором Шоттки (ПТШ) и транзисторов с высокой подвижностью электронов (НЕМТ). В этих работах получены также количественные оценки, позволяющие судить о степени деградации при заданных параметрах воздействующего сигнала. На практике необходимо учитывать тот факт, что форма сверхкоротких импульсов изменяется при излучении, распространении и воздействии в виде наводок на узлы радиоэлектронных средств. В связи с этим представляет интерес построение модели, позволяющей оценить уровень напряжений и токов, наводимых электромагнитным излучением СКИ на заданной дистанции от антенны передатчика на узлы радиоэлектронных средств (РЭС). Знание параметров серии импульсов (частота повторения, амплитуда) и характеристики обратимой деградации МШУ позволяет оценить возможные результаты воздействия электромагнитного излучения СКИ.
Ввиду произвольной геометрии, а также необходимости рассматривать различные направления прихода электромагнитной волны, а также такие ее характеристики, как поляризация и форма СКИ, данная задача решается с помощью разработанного программного комплекса электродинамического моделирования. Предложена модель, позволяющая рассчитать полученное в результате падения плоской линейно поляризованной волны напряжение на выходе приемной антенны, а также на портах полосковой линии.
Работа входного малошумящего усилителя приемника определяется совокупностью параметров, которые в общем случае можно разделить на две группы. Первая группа описывает возможности устройства, которые непосредственно связаны с его функционированием. Например, коэффициенты усиления и шума, рабочие напряжения и токи. Это -функциональные параметры. Вторую группу составляют параметры электромагнитной совместимости (ЭМС), определяющие способность устройства работать совместно с другими, то есть в присутствии помех. Устойчивая работа входных малошумящих усилителей при воздействии помех различного типа во многом определяется сохранением на приемлемом уровне его функциональных характеристик. В реальных условиях для обеспечения устойчивого функционирования радиоэлектронного средства (РЭС) необходимо оптимизировать функциональные параметры для сведения к минимуму влияния помех. Однако такая оптимизация не может значительно повлиять на поведение функциональных параметров МШУ при воздействии СКИ ввиду того, что природа механизмов, обуславливающих изменения в функционировании устройства, связана с глубокими уровнями в полупроводниковой структуре транзистора, на основе которого выполнен усилитель.
В работах [101-109] представлены исследования обратимой деградации характеристик GaAs полевых транзисторов с затвором Шоттки (ПТШ) и транзисторов с высокой подвижностью электронов (НЕМТ). Под обратимой деградацией понимается временное ухудшение функциональных параметров прибора при контактном воздействии СКИ и затем их длительное восстановление до первоначального значения после снятия этого воздействия. Так, на рис. 4.1 представлена схема включения усилителя на базе транзистора ЗП-325А-2 с типовым статическим смещением
