Введение к работе
Актуальность темы. Формулировка проблеми. У»СГ для ьсех ука-ванных РЛС построены по одной принципиальной схема и иогут ыгь раевиты на две суцвстеенмо равные части. Пероу» составляют синтезатор и аппаратура Формирования сигналоо на лромеиуточнол частоте о несколько двсяткоэ ГГц. Эта часть аппаратуры оі ірадвлявт иаг выходных частот и ?ид еыхоякых сигналов. Вторая честь аппаратура преянаеначем* дли г«р«<эса ГТЧ сигналов и* CQ4. Она определяет диапавом и ширину полосы ьыходних частот» моамости сигналов гетеродинов и еондируиаих сигналоа, а текяе "качество переноса" сигналов с ПЧ на СВЧ. Маиволве важными пенаватоЛАмм "качества" валяется*
- краткоеренанная Лавовая нестабильность сформированного сигнал*
или адекватная еЛ величина - спектральная плоіносіь фввоьмх флу
ктуации
— уровень побочных излучений (сна и вмутрмлолосныхI к слекіра
выходного сигнала.
В тол части аппаратуры, которая переносит сигнал ма C8S» (впрочем, тек ее как и а тоА. в которой формируйте* сигнал»і а также и по многих других радиотехнических устройствах), широкое применение находят радиотехнические цели, один ие элементен которым работает в -ярко выраженном нелинейной режиме. Каждая такая цепь вклшчааг а себя нелинейный элемент (НЗ), л і акте ива фильтра - на входнум и выходную частоты. НЭ служчі дли генерации то* или иной гармоники/ (вклячая постоянную состееляиічум), и поэтому лодобнуи цепь будем иаеыаать генераторной цепы* (ГЦ). В иечестеа примеров ГЦ можно привести і усилители класса С, детекторы, умножители частоты (УЧ>, пряобрааоыагели частоты» ьыкримители, «нго-геиерагоры. Тернии ГЦ гфи«»ан иодчеррну >ь, что речь идеї о суча-сгеемно нелинейной цепи, of |исым*«мш*« нелинейными Аиффеуеиии«лъ-мыми, интегральными и прочими уравнениями.
Следует 01 мети Гц, что є лиіероуре (Леемн Б . Р . і Ц*кькоы И М. )
для подобных цепей используется друго» м*в»амиэ -"7t;n(W»a« райио-техническое авено". Здесь такое навзаиме ислольвооагься на будет, поскольку оно подр&еумееаат "слаСолмнейнум"' цепь, о которой баеынерционный (активний или рвзктикный) НЗ слабо шунтирует гхс---диой или выходное фильтры. Сля расчета такой цепи»' (хоти бы t» нулевой приближении) , необхол^но радити *,эа mi>-ias?*HW4 дилере*1"' цияльных уравнения <СУ> для оходмого и выходного фильтров и произвести одно нелинейное преобраэсэйнме, соответствуйте характеристике безынерционного НЗ. В отличии от этого терміни ГЦ означает су««стеенно нелинейную цепь, расчет которой яниго сложнее/ чей расчет "типового радиотехнического вбена".
Основы теории ГЦ для случая безынерционных НЗ били валокеиа *ип в тридцатые годы. С случав большого сигнала характьристика НЭ аппроксимировалась кусками прямых/ вычислялись вмплитудьі гармоник тока (коэффициенты берга) и с помоцью метода ГР!»энич«,с— кого баланса определялись амплитуды гармонии, напряжения.
К сожаланни/ подобный простейший, подход неприменим яля ГЦ» испольауюцих полупроводниковые диоды» транзисторы, гаракторы. Происходит это по двум причинам і ео-персик, пелупрозоднклозые диоды и транвисторы явл*ютея суцветеенно инврционнымн НЗ. то есть состояние их описывается на с поиояь» статической характеристики, а с помоиьи нелинейных ПУ. во-вторых/ обычно эти КЗ столь сильно шунтирумт подключенные к: ним фильтры< что налрякя-ние на их аажимах оказывается насинусоидальным, а «н&чит, надо составлять систему ПУ» описывающих не только состояние НЗ» но и %>одного и «ыходмого фильтров. В итоге оказывается, что состояние ГЦ описывается нелинейным йУ высокого порядка.
Основы теории ГЦ «аложвны в работах» глазным оврагом, отечественных авторов нйвермана М.А.,Берга А.И..Богачееа В.М.«Грибова Э.Б.,Еит*нова СИ. .Жаботинского М.Е. »Каггнога СИ. .Козырева 0.Б.» Кулвиогза 6.Н. «Полоексва И.П. .Попова И. А. .Петрова Ь.Е./Роаенфоль-да А. С, Тафта В. А., Хотуниева Я. Л.. Челнокова О. А.»Яхинсона Б. И.
При расчете реальных радиотехнических устройсте дала осложняется тем. что, как правило. ».» них входит большое число ГЦ, соединенных так, чтобы обеспечить Функциональное на-гкачеим*а данного устройства. В частности, о УОСГ отдельные ГЦ соединяются с цсльа осуществит*, перенос н,э СВЧ сигналеэ и сеток частот. с*орчи?озан-н-і* на ПЧ. При зтом, высокий тр: "*т-чьст-?у" переноса сигналов- иа C'f'*
Такнм «бравом типичмой является видача о расчете совокупное і и <Солі»еіоро числі ГЦ. входячих о реальное радиотехническое устройство* причем не только с точки «рения моиностных характеристик, ио и с точил «ряни-я еначитально волав тонких показателей, опре-деляїедих и.лчесіїго выходного сигнала многокаскадного нелинейного устройства.
Сев етлывпврачиелвнное пов»олявт сформулировать следующую ре-шае.муи о диссертационной работе научнуя проблему і Повышенна аффи-ктизности разработки У*СҐ дли многофункциональных радиосис-том путай соверыйистсоыйнмп иееасгных и СОЗДШШЯ новых нашдш расчета многокаскадных ГЦ. Определенна основных характеристик, полочных устройств» еклмчаи показатели качества переноса сформированного радиотехнического сигнала на СВЧ.
Цель работы. Цвльм данной работы является совдание методой расчета многокаскадных нелинейных устройств/ включаишав определение как основных (энергетических) характ*ристик устройстыа» так и хїрактгристих» опредаляияих качество выходного сигнала. Эти методы должны п?из*ети к Созданию расчетных соотношение, которые могут >"чть голояемм в основу алгоритмов и программ» пригодных для анализа и синтеза многокаскадных нелинейных радио г«л-ничэскмх устройств» собранных ие отдельных ГЦ.
Применительно к УССГ уи.аявмидя цель привала к ряеьитии рабо г по сладуюиим направлением*
сведение методов расчета отдельное генераторной цепи» вомбуя-даемой источником синусоидального сигнала и оіїмси&аемой существенно мелимвйным дифференциальным «интегральным и т.н.) ураы-нанвюм»
изучение побочных аффектов» сопутстеуваих формировании основных сигналов как о отдельных ГЦ» так и во ьсем многокаскадном устройства в целом» и определение на этой основа качества выходного сигнала.
Mai оды исследование. Объектом исследований в данной рабо і в является многокаскадная нелинейная система» состоящая и« больного числа ГЦ» для которой на основе описывавивй ее системы дифференциальных» интегральных и т.и ураыиений разработаны методы расчета характеристик режима как по основным Онергеїическим) параметрам» так и по более тонким параметрам» харакіериауяасим качастьй выходного сигналч
-*,-
Применительно к иссльвуамому Oavsttry v гввотв испол;,*&иак*1 методы раиения еавечм/ есмоэвммьк» ш теории кусрчнс-тіимййнмх виИ*реицм»«ьммх и иитвгрвльнил ур-лвтенкА матвдв гармокичвско-го балансе, теории линейных ди-^еркяииалья, іх урлинвмт* с периодическими нолф*ицивмтвми< методы («эркм функции комплексного переменного и операционного исчисление, корреляционной творці. Оса полученные рв»улі»твтм прилад!»*.' к ьиду» удобному дг.я составления алгоритмов и программ расчета ««рактвристик ш-іогоквск^я-иык ГЦ и их оптимизации на ЦВМ.
Научная ноь-иамд , Ё работах соискателя г.усвояемо есе :торснн«9 исследование многокаскадной мелиней-тм* сметете», состо««зй ив большого числа ГЦ/ содержащих полупроооявикоеыа диоды» мерактор,*:, «иполярмиа и полвкыа транїисторм/ электронные лампы. Прм этом. били с+ориулированы и рваанм следующие иаучно-івхничоскмв залачи, соста*л«юаив предмет настояяей диссертации і
разбиение реального УФСГ на отдельны» ГЦ и оценка точности такого приближения. Допустимость твкого реебиемия обусловлена тем, что ГЦ, как правило/ разделаны ивйир*іельными фильтрами» напряжения и теки мнутри которы* б»іи*ки к синусоидальны*»
создание метода расчета отдельной ГЦ при синусоидальной ычва»-нам ьовбукденин. При атом мапр«ж*ния и токи в е^чиьях фильтров» прилагающих и: НЭ/ могут еунествемно отличаться от синусоидальных » силу иумтируинвего действия КЗ/
расчет дополнительных токов и капржаемий квк регулярных» тек
и оумовых, вовникаищих в данной ГЦ и вливядих» в конечном итоге/ на качество Формирования сигналом на СВНі
соедениа матова расчета прохождение малых дополнит вльммх токов и напряжений' еоеммкашдих » предыдуиих ГЦ' черев д*хму» ҐЦ» с учетом трансформации спектро* сигналов и ервменмхх вкачаний модуляций;
и*учеми« на примера многокаскадных уинокитегтей частоты (УЧ) обаих законов прохождения дополнительных воеиувений черве УФСГ.
Практическая ценность полученных результатов вак/жчается ь в том/ что они позволили,
- определить /ютемии*льнке vosmokmoc і и многокаскадных нелиней
ных радиотехнических систем, і и часімости» УФСГ) как с сочки
арени* ^«ргетнчео-.и* характеристик, ran и с точки &рснм« и*-чест«А сигнала, сформированного на CS4,
синтааироаать оптииальныа структури У*СГ< сбеспечиваичие наилучшее качество переноса мл СВЧ сформирооанных на ЛЧ сигналов і
путем повышения точности расчетов отдельных ГЦ «начитвльно сократить расходы на проектирование аппаратуры вследствие уменьшения еатрат на макетирование.
Реализация раеультатов работы. Ревультаты диссертационной ра-
боты испольвооалнсь при соедлнии У«>СГ an* пяти РЛС, рааработан-ных в НИі* Радиоприборостроеммя. Они поаволили рвалиаоеать (.раина важные требования по качеству выходного сигнала (по нестабильности фаеы выходного сигнала и побочным излучениям), заложенные и ТЗ на данмуи РЛС и определение работоспособность системы в целом.
9 иаетояаее время два из лгих РЛС и*готоьланы и .»ксіілу#іиру-»тся на объектах монтажа. Третьи РЛС находится а процессе иего-тоалания. Четвертая спроектирована! а снітая находится о процессе проектировании.
Представление о сложности разрабатываемой аппаратуры дает таблица 1, в которой укаеано количество ячеек и блоков, содержании ГЦ. для каждой РЛС.
Ячейкой наеэема совокупность ГЦ, объединенных в одним корпусе бее раеъемов и имеющих ТУ. Блоком нааыема совокупность ячеек, соединенных в одном корпусе с помощью кабеле» и также имаиіанм ТУ. Обвее число ГЦ, входящих в У^СГ лмбого ив иедвлии, составляет сотни и тысячи штук.
Таблица 1
В процесса раерабогки укачанных в і««л 1 УФСГ автор убедился, что наибольшую трудность выаывеа! реалиаация требовании показателей качества выходного сигнала, тогда как реализация эмергсти-
—3-
чйскнх TL^eCos-лний тоуднзст&л ни кызЬ'Эдйг. Так» м&м-Зопй^ ласткол требование» с когоиым пркалосі» стслкмуГіС'-! в ткхнич-acKiw) «йдамт на рдаиаботку» было сформулировано стаадуийим обрезом* - :&гт**>ил»-ность набега <ье*ы выходного коливання а КГ.-Ч дишевоыа *« вр^мн !> мсвк не должно превышать 3*
Для разливании указанного тсебьлания пркалось очень тцатвльдо проравотить структуру УФСГ и просчитать нйстабильность мабиг'й i-л-гы как с точки «рения шумо^іх» так и технических cocTfta/tftie-иих.После иярото*лснич аппаратура трябооала театвл^мой н»зстроЛ-ни ия обьвктв монтажа/ с тем чтоб*! обаслв'гиті. расчетный хлргк'га-ристики.
Апробация результатов работы. Ра*ультаты работы мвлэжьни и обсуждены на следующих конференциях и соижграх >
- научно-технические конференции Московского эиаргвгмчаского
института по итогам научио-иссладоеательских рзСот «а 1961с.
и «d 1766.-1767 г.»г.Москва<
- заседание св>ини"Обмая радиотехника " ют Л.С.Попова 1763г.» г Москва)
межотраслевая школа-сонеиание по ствбиливации частоты 1978г. г Косово г Ивано-Франковска* область і
отр«слв»ач научно-гехническа» конференция ШЛРГЫ ?S2r. г. Ноо .»«>;
X научно-техническая конференция НЙМ-43 МО СССР/17Є8Г .г.Москва.
Кроме того/ работы «шторе использовались «спиргнтеми< «мидити-ршини аисейртации поа руководством автора* а также работающими под «го руководством в мастояива орем*.
Структура и обьем. Поклад строится на основании 47 работ» выполненных автором и приведенных в списка литературы С1--4?3. Эти работы включэмт в себя- 2 монографии» XJ статьи е '>в»5уемх нлучмо-гохничесинх журналах/ 12 депонированных рукописей.
Поклад состоит из 5 раздело»»соотв«тсгеу>маих рвиіомой о ДИС-СерГйииОННОй работе научно- І СХНИЧССКОЙ ЗОДа««, !:>Г;СЛС9 и епче-
»;«* литературы.
ОСИОеНыа ГЮЛОйЄНИЙ» ОиіНСС.ИНг ';> Ми ОтЦИТу. 1 МЄТ0Д рАЦСМИЯ куСОЧМО-Лм-'.^-ЮГО ПУ С ПС»~0?.і,« vr.r:0'!*-.''Cr 5»-"4^
(ін'егрдльного ур«}ьнєнмя .? . Метел ранения t;yco4'
-?-
соотношением частот.
'3. Методика расчета УЧ на биполярном транаистора с учетом реакции коллектора.
4. Метод решения кусочно-линейного НУ. описывавший состояние ключевого генератора» в котором к-усочно— линейная функция аа-висит на только от аргумента* но и от времени.
3. Понятие обобщенного НЭ« поеволяодае разбить раальнук многокаскадную ГЦ/ на отделимые ГЦ с гармоническим возбуждением кеидого ИЗ.
-
Метод расчета дополнительного напряжения, созданного побочными гармониками на выходе иебиратального фильтра в замкнутом виде.
-
йатод расчета ксррвляцигиньэ< характеристик шумового тока КЗ» находящегося под воздействием большого гармонического напряжения.
-
Составление в замкнутой форма характеристического уравнения* описывыодяго состояние локально* устойчивости кусочно-линейной ГЦ.
-
Понятие операторной и комплексной крутизны* позволяющее произвести гармонический анализ тока инерционного Н3> находящегося под воедейсгзиам гармонического большого сигнала и малого дополнительного полигармокического.
10.Методика расчета смесителя сдвига частоты на инерционном ИЗ при малости амплитуды одного иа сигналов.
11.Обнаружение законов трансформации спектров в многокаскадных УЧ. Выявление зависимости амплитуд составляицик спектра при изменении номера гармоники и номера каскада.
12.Методика расчета амплитуд побочных гармоник на выхода многокаскадного УЧ. Ввадание амплитуд гармоник дробных номеров.
13.Конкретные разработки УФСГ для ряда многофункциональных РЛС.
