Введение к работе
Актуальность проблемы. Проектирование и расширение функциональных возможностей радиотехнических систем (РТС) связано с трудностями обеспечения противоречивых требований по широкополосное, быстродействии, согласованию. Значительно усложняется проектирование и в случае учета нелинейности реальных злецеитов, влияние которых: придает систеыаи качественно новые свойства, особенно при работе в режиме большого сигнала. В связи с этим возникает необходимость разработки и совершенствования аналитических и численных методов, позволявших исследовать нелинейные свойства РТС. Во иногих случаях при проектировании систем и устройств требуется высокая линейность и взаимная независимость (инвариантность) характеристик. Например, в устройствах пикосекундной импульсной техники (ПИТ), таких как усилители, аттенваторы, формирователи ин-пульсов требуется независимость фазочастотно» характеристики (ФЧЭО от параметров состояния или амлитудио-частотной характеристики (АЧХ) и АЧХ от ФЧХ; независииость откликов, а такие локальных паранетров и формы переходной или импульсной характеристик от параметров входных сигналов, напрішер, амплитуды. Указанное обстоятельство приводит к необходимости использования новых подходов- к анализу и оптимизации-РТС, учитывающих требования обеспечения линейности и инвариантности характеристик систем. Танин образои, для разработки РТС требуется использование обцей теории инвариантности.
В известных работах по теории инвариантности решается задача обеспечения независимости реакций систем автоматического регулирования от сигналов и возкуцашиж воздействия. Однако теория инвариантности может быть использована.и как основа проектирования РТС. Для этого требуется ее развитие в направлении разработки ыетодов определения инвариантности откликов ГТС не только к сигналам, но н к параметрам сигналов, а также, определения условия взаимной г.нвариантиости характеристик РТС.
Целью работы является развитие теории инвариантности радиотехнических систем и разработка на этой основе иетодологшт оптимизации характеристик устройств усиления и управлення п«~
раыетрами пикосекупднш; импульсных сигналов.
Цель работы достигается решекиаа следующих основных задач.
I. Обоснование использования свойства инвариантности как критерия оптииизацш РТС.
2.'Развитие матеиатического аппарата теории инвариантности характеристик линейных и нелинейных систем.
3. Исследование возможных способов обеспечения инвариантности характеристик систеы и устройств.
ч.. Разработка алгоритмического и програшного обеспечения расчета « моделирования РТС, оптииальных по критерию достижимости трабуеиих условий инвариантности.'
5. Разработка практических схеи устройств ПИТ с заданными -свойствами инвариантности.
Методи исследования. Теоретический анализ проведен с но-
аоцью теорий инвариантности, оптииалыюго управления, дифференциальных преобразований. Для расчетов используются статистические и детернишровашше методи оптииизации. Теоретические виводи подтверждены зкелерпыенталышии исследованияин. Научная новизна раОотп представлена:
обоснование-!,) принципа проектирования РТС, основанного на требовании обеспечении инвариантности реакций систем к ампли-тудо сигнала и параметрам состояния;
развитием теории инвариантности для случая независимости реакций нелинейных систец от амплитуды сигнала и инвариантности ФЧ^ линейных систем к- /\ЧХ;
обоснованием ' нового критерия оценки нелинейных свойств динамических систем, основанного на требовании инвариантности реакций систем к аушлитуде сигнала;
доказательством теореи об инвариантности;
решенной задач восстановления формы сигнала и температурной стабилизации нетрадиционным способом с использоваииеи свойства инвариантности;
созданием ионик схемотехнических решений устройств с оп-тииальними по критерии инвариантности характеристиками.
Практическая ценность работы заключается в следующей.
1. Результати работы иогут быть использованы при изуче-
m;n процессов или явления в л'іЬііу динамических системах, на обязательно радиотехнически, так как условия инвариантности получены в наиболее общем виде.
-
Показана и реализована возиожиость решения на новой основе, с использованием свойства инвариантности известны;: задач - ншшипзации нелинейных искажений СПИ), снижения амплитудно-фазовой конверсии (АФК), температурной стабилизации, восстановления сигналов.
-
Теоретически и экспериментально доказана возможность улучшения качественных показателей РТС, в тон числе и систеп ПИТ в результате их проектирования с использованием критерия инвариантности.
-
Формализована задача оптимизации систеи и устройств ПИТ по критерии инвариантности характеристик, предложены алгоритми и разработаны програний оптиннз^нич,
-
Разработаны устройства ПИТ с оптимальными по критерия инвариантности характеристиками.
-
Предложены и обоснованы новые подходы, а также дань! рекомендации по использованию положений теории инвариантности при проектировании устройств ПИТ - усилителей и электрически управляемых аттенюаторов (ЭУА).
Апробация работы. Результаты работ» докладывались на 7-і';
Всесоюзной школе-сешінаро студентов и молодых ученых "Автоколебательные системы и усилителя в радиопередающих устройствах" (г. Симферополь, 1988г.), на 6-й Всесоюзной школе-совещании молодых ученых по стабилизации частоты (г. Канев, 1989 г.), на 4-й Всесоюзной вколе по пикосекундной технике (г. Ереван, 1991 г.), на 5-й Республиканской научно-технической конференции "Генерирование, формирование и применение импульсных сигналов" (г. Вильнюс, 1991г.), на І'-й международной конференции "Нанотохнология, наиоалоктроиикв. и криоэлектрони-ка" (г. Барнаул, 1992г.), на 7-й сеыинаре-совепании "Стабилизация частоты и формирование сигналов радио- и оптического диапазонов" (г. Новороссийск, 1992 г.).
Публикации. По тоне диссертации опубликовало 13 печатных
работ, в том числе 7 статей и 5 тезисов докладов на конференциях. Приоритет технических решений зацицеи траия авторский;; свидетельствам» на изобретения. Часть материалов вклвчена в 2
- Є -
отчета о НИР.
Реализация 'результатов работы. Результаты проведенных в диссертационной работе исследований является составной частью хоздоговорной и. госбюджетной НИР по разработке пикосекундных усилителей и формирователей импульсов, выполненных на кафедре Радиоприемных и усилительных: устройств Тоиского института АСУ и радиоэлектроники. Это подтверждается актами внедрения.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на И? страницах машинописного' текста, иллюстрирована 47 рисунками и состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений и списка литературы из 6? найменований.
