Введение к работе
Актуальность темы. До настоящего времени переключатели и модуляторы миллиметровнх волн (ММВ), обеспечивали ослабление мощности в режиме пропускания волны около 0,5 дБ, быстродействие - единица не; отдельные приборы малой мощности - десятки пс. Лазер se позволяет получать управляйте импульсы когерентного излучения длительность!) около Ю-15 с. Известны попытки применить лазер для управления микроволновыми устройствами; при этом приборы обладали улучшенными электрическими и конструкторско-технологнчески-ми показателями.
Непосредственный перенос идеи построения и конструкция устройств из освоенных диапазонов на ММВ стялсизается с непреодолимыми технологическими и принципиальными трудностями. Результата исследования влияния освещенности на затухание волі в полосковом волноводе с германиевым элементом показал! возможность регулирования амплитуды мощности в динамическом диапазоне до 30 дБ при измепении освещенности от 10 до 1200 ж (около 0,015-1,8 Вт/мг).
При высоких степенях интеграции и миниатюризация наступает их предел. Одним из путей преодоления этих трудностей является отказ от устройств с традиционными схемами управлення с помощью электрического тока и замена их приборами, основанными на волновых явлениях.'
. Таким образом, встает задача принципиального освоения диапазона ММВ: улучшение характеристик приборов этого диапазона; проведение научных исследований в этом диапазоне для получения новейшей информации и создание принципиально новых приборов ММВ, и в особенности мощных. Проблему возможно разрешить при помощи применения лазера, благодаря его уникальным свойствам.
Цель работы. Создание теоретической и эмпирической баз для проектирования приборов ММВ. Создание высокоэффективных модуляторов ММВ на принципиально новой основе и в частности с использованием достоинств таких приборов как лазеры, и достижений в области современного материаловедения.
Поставленная цель предполагает: создание физико-математической концепции новых приборов; разработку матема-
-4-,
тических и физических моделей и определение функциональных возможностей будущих технических решений и соответствующих ем алгоритмов. Необходимо на основе принципов разработки схемотехнических, конструкторских и технологических решений выработать методи расчетов конкретних устройств; на основании полученных данных определить общие принципи построения модуляторов ММВ с лазерним управлением - опторадиоэлоктрон-шх модуляторов (ОРЭМ).
Иатоды исследования. Предпринят эвристический подход при выборе структуры моделей, применен аппарат высшей алгебры, теория функций комплексной переменной, дифференциальное и интегральное исчисления, элементы теории математического анализа. Оптимизация параметров математических моделей (Ш) выполнена с помощью ЭВМ. В работе рассматриваются аналитические, графические, топологические и алгоритмические модели. Физичесгаш. модели (й<1) представляют собой макеты реальных приборов.
Научная новизна.
-
Определены электродинамические модели физических сред; выявлена закономерность распространения электромагнитной волны через границу раздела двух сред в одномодовой ланий передачи.
-
На основе оригинального подхода найдены аналитические выражения, явившиеся основополагающими в синтезе обобщенной ММ, позволившей с весьма высокой степенью точности воспроизводить реальные процессы.
-
Осуществлен синтез радиооптического материала (РОМ) с оптимальными параметрами и получены характеристики различных ОРЭМ, выполненных на основе отрезков нерегулярной линии передачи.
-
Получены аналитические выражения частотных критериев, позволявшие с более высокой степенью корректности выполнять проектирование ОРЭМ и других приборов СВЧ.
-
Разработаны ММ ОРЭМ на основе внешнего и внутреннего фотоэффектов, а также термического эффекта. Получены электродинамические модели ОРЭМ.
-
Изложены принципы проектирования ОРЭМ, разработаны программы, позволявшие исследовать, моделировать и рассчитывать ОРЭМ; предложен рад вариантов конструкций ОРЭМ.
7. Найден способ опрвдвлвния относительной дпалактри-чвской прошщаеиости и тангенса угла диэлектрических потерь физических срэд в рзгнме бегущей полян. .
Практическая оначимооть работы.
I. Разработанные модели и метода дают возможность создавать высокоэффективные приборы ЫМВ нового класса - ОРЗН;
Я. Представленные програмки для ЭВМ, з такта графический материал, позволяют решать прооктно-ясслвдопэтельскЕО звдочп при минимальных затратах материальных срэдстз и времени.
-
Получзгшнй аналитический и графически! материал может быть использован при рвтвяии научло-ксслэдопатвльских и прикладных задач другого назначения.
-
Запатентованы чвтырв устройство ОРЭМ и способ опрв-дэлвния дизлактричвских паракатроп материалов.
Апробация работы. Основные полохання работы, получвп-пнв на различных ев этапах, докладывались и обсуздэлнсь на:
EA5T-t?EST Woriranop on illfcroelectronlc Sensors, 1991, Sozopol, Bulgaria;
Региональной научпо-твхнпчоской конфэрэнцип "Соврэ-квнние кэтодн раядопзмврзпий и диапазонах высоких чвстот (ВЧ) и сверхвысоких частот (СВЧ)", Новосибирск, 1991 г.;
- III Украинской Республиканской научно-технической
конференции "Творил и практика измерений параметров плек-
тромагнитннх колвбаниа и лиши передачи", Харьков, 1991 г.;
- Нвгяународних научЕО-твхническпх конфэрэнциях "Актуальные проблема электронного приборостроэпия", Новосибирск,. 1992, 1994 г.г.; :'
Российской научно-технической конференции, посвященной Дна. радио,; Новосибирск, 19ЭЗ г.;
Международной научно-твхвнчвской конфэранцяп "Кз&эр-матяка и проблемы телекоммуникаций'', посвященной ГЬО--лвтнвму юбилеи РДДИО, Новосибирск, 1995 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи, в тон числа статья в центральной печати, 6 тззисов л 5 статей Региональной, Республиканских п Нвздународннх конфарвшпй, 7 Информационных листков (Новосибирский ЦНТИ), получено 5 авторских свидетельств, патентов и ноложитвльнш; Рвшвний на изобретения, и принята к расстоттрэниа заявка нз
открытие.
Реализация результатов исследований. Диссертационная работа использовала: в Новосибирском государственном техническом университета для дипломного проектирования и в проведении учебного процесса; при ьшюлнвнии научно— исследовательских работ (НИР) в совместной с АО "ВЕГ&" (г. Бардск)' лаборатории "СВЧ энергетики"; при выполнении НИР совместно с ШИП (г. Новосибирск).
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы из 219 наименовании и црилоаиния на 45 страницах. Основной текст содержит 145 страниц и иллюстрирован рисунками на 64 страницах.
Похожие диссертации на Исследование и разработка опторадиоэлектронных модуляторов диапазона миллиметровых волн с лазерным управлением
