Введение к работе
Актуальность темы. Одной из важных тенденций развития радиотехнических систем являэтся постоянное повышение требований к Функциональным, информационным, качественным и эксплуатационным возможностям, поэтому создание радиотехнических СВЧ устройств с применением микропроцессорных (Ш) систем управления в значительной мере определяет технический прогресс гаких устройств и систем.
Применение устройств с цифровым управлением позволяет повисить надежность и скорость перестройки приемопередающей аппаратуры, увеличить ее пропускную способность, обеспечить длительную автономную работу, снизить стоимость. Цифровое управление допускает реализацию сложных законов управления (оптимизацию, адаптацию, прогнозирование), в том числе и такие, которые невозможно осуществить с помощью аналоговых средств, облегчается также анализ аварийных режимов, позволяет добиться прецизионной регулировки уровня сигнала для сложных характеристик управления при нелинайнок зависимости выходного сигнала ог входного.
Ыирокое распространение в СВЧ диапазоне получили в настоящее время твердотельные устройства, использующие в качестве активных полупроводниковых приборов лавинно-пролетные диоды (Л.Тд), диоды Ганна (ЛГ), полевые транзисторы с одним затвором в виде барьера ьотки (ІІТШ), полевые транзисторы с двумя затворами в виде барьеров іііотки (ДТТШ) - полевые тетроды.
Наиболее мошные полупроводниковые генераторы для частот выше 10 ГГц созданы на основе ЛЛЛ (ГЛПД). Наличие отрицательной динамической проводимости позволяет использовать их и для усиления колебании.
ЛТШ существенно отличаются от других типов транзисторов тем, что у них отсутствует р-п переход, они более универсальны, :імеют более высокое входное сопротивление, а также менее выраженную зависимость входного и выходного сопротивления от температуры.
Ло сравнению с устройствами на ЛЇЇІ устройства на ДЛТи. имеют лучше электрические характеристики, в частности более высокий коэффициент усиления и лучшу.0 стабильность, обусловленную тем, что второй затвор ослабляет обрагную связь между стоком и первым затвором.
Значительный интерес представляет введение "интеллектуальных" возможностей путем конструктивного объединения СЗЧ устройств о
,Оі
МП системами управления. Однако, в известной литературе остаются открытыми вопросы исследования и разработки СВЧ устройств на ДШ31 и ЖЩ с МП управлением параметрами.
Практическая потребность разработчиков радиотехнических систем в высокоэффективных устройствах, содержащих СВЧ полупроводниковые прибори с МП управлением, обусловливают необходимость проведения соответствующих исследований и подтверждают актуальность темы данной диссертационной работы.
Целью диссертационной работы является исследование и разработка СЗЧ устройств на основа ДПТ1І1 и ЛИД с МП управлением параметрами,' развитие метода анализа процессов в СВЧ генераторе с помощью интегральных уравнений Вольтерра второго рода и разработка математических моделей таких устройств.
Методы исследования.' Основные результаты
диссертационной .работы получены на основе методов теории электри
ческих цепей, теории'интегральных уравнений Вольтерра второго ро
да, а также математического моделирования на ,|ШМ и эксперименталь
ных исследований. f'V.
Научная новизна. При решении этих задач получены следующие; новые научные результаты:
I. Развит модифицированный метод'расчета переходных процессов в нелинейных цепях посредством интеграла Вольтерра второго рода, удобный для машинной реализации, .применимый'как к линейным параметрическим, так и к нелинейным цепям с малой и большой нелинейностью. Разработана отличная от известных методика расчета переходных процессов в нелинейных цепях на основа редукции нелинейного дифференциального уравнения к нелинейному интегралу Больтерра второго рода, позволившая относительно просто и наглядно решать задачу исследования ГЯПД с цифровым управлением.
с. Предложена новая модель СВЧ ДГОШ, отличающаяся от известных тем, что канал ДПТШ моделизируется одним генератором и сопротивлением сток-исток, а параметры ее зависят от смещения; модель удобна для анализа управляемых аттенюаторов (УА) и активных фазовращателей (А$>) СВЧ. На основе этой модели развит подход к анализу характеристик СВЧ аттенюатора и фазовращателя на ДЛИН.
3. Теоретически и экспериментально исследовано цифровое автоматическое регулирование ослаблением "вперед". Для исследований разработаны алгоритмы и программы для Ш системы управления и мето-
дики расчета узлов с МП управлением, представленяыэ в форме программ для персональных'ЭВМ, выполнены соответствующие расчеты.
4. Выполнен анализ ГЛІД с МП системой управления, подтвердивший соответствие мевду расчетом и экспериментом. Экспериментально исследован генератор и усилители на ЛДЦ в режиме цифрового управления по постоянному току.
Практическая ценность. Результаты диссертационной работы позволили спроектировать СВЧ аттенюатор на ДПТШ с МП системой управления. Применение разработанных алгоритмов и пакета прикладных программ существенно сократило сроки проектирования, а также повысило качественные показатели аттенюатора на ДПТШ. На основании экспериментальных исследований генератора и усилителей с цифровым управлением были определены технические требования на блоки питания с цифровым управлением.
На защиту выносятся следующие тезисы:
-
Методика расчета нелинейных целей ГЛПД посредством интеграла Больтерра второго рода.
-
Разработка модели ДПТШ, отличающейся использованием эквивалентной схемы, в которой канал моделируется одним источником тока и сопротивлением сток-исток и параметры которой зависят от смещения; результаты анализа СВЧ УА и АФ.
-
Результаты разработки и экспериментального исследования СВЧ УА с МП системой управления "вперед" в 'зависимости от уровня входного сигнала.
-
Результаты экспериментальных исследований генератора и усилителей на ЛПД с цифровал управлением параметрами.
Реализация результатов работы. Диссертационная работа выполнена на кафедра теории электрических цепей Московского технического, университета связи и информатики.
Внедрены у заказчика, что подтверждено соответствующим актом:
действующий макет аттенюатора на ДПТШ с МП управлением для систем регулирования передающей и приемной аппаратуры;
действующий макет усилителя мощности СВЧ диапазона с МП управлением режима работы по цепям питания по постоянному току;
методики расчета узлов с МП управлением, представленные в форме программ для персональных ЭВМ.
В Московском техническом университете связи и информатики внедрен в учебный процесс на кафедре теории электрических цепей пакет программ, что подтверждено соответствующим актом.
Работа выполнена по координационному плану научно-исследЬс вательских работ АН СССР по проблеме "Физическая электроника" на I966-I99C гг.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на ХП Всесоюзной научно-технической конференции по твердотельной электронике СБЧ (Киев, 1990) и на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, сотрудников и аспирантов МГ/СИ (Москва, 1984, I9B6, 1987, 1988, 1989, 1990 гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 1г работ. Кроме того, материалы диссертации вошли в отчеты НИР "Микрон" и "Гамма", выполненных в Московском техническом университете связи и информатики.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Содержит 166 страниц основного текста, 47 иллюстраций и библиографический список из I3X наименований.
