Введение к работе
Актуальность. Генераторы на диодах Ганна (ГДГ) являются перспективными источниками колебаний, предназначенными для работы в качество гетеродинов приемных устройств, задающих генераторов мощных передатчиков связных и радиолокационных систем, передатчиков локальных систем связи и систем ближней радиолокации. Поэтому, разработка инженерного метода проектирования, ориентированного па использование средств вычислительной техники и позволяющего в короткие сроки создавать надежпне, экономичные, малошу-мящие ГДГ с требуемыми параметрами, безусловно является актуальной задачей.
Создание метода расчета ГДГ диапазонов сверхвысоких частот (СВЧ) и крайневысоких частот (КВЧ) позволит проводить разработку устройств, которые в условиях Республики Беларусь пайдут широкое применение при создании локальній сетей связи и систем ближней радиолокации, таких как доплеровские измерители скорости (ДІЮ), в Беларуси, занимающей важное положение на транзитных магистралях между Востоком и Западом.. ДКС используются как на автомобильном, так и па железнодорожном транспорте. Важным приложением ДОС является их установка, на грузовых автомобилях, выпускаемых белорусскими предприятиями МАЗ и БелАЗ, а также на новых мощных тракторах, выпуск которых осваивает (ЯЗ. Это позволит создать более экономичную технику и поднять ее конкурентоспособность па мировом рынке; Узким местом в существующих вариантах ДИС является генератор, конструкции которого обладают рядом существенных недостатков: низкая рабочая частота, высокий уровень шумов, низкая надежность. От характеристик генератора зависят требования, предъявляемые к параметром других элементов радиотехнической системы (РТО, а также большинство тактико-технических характеристик системы. Поэтому, валено иметь конструкцию и метод расчета генератора оптимального по заданным параметрам.
Цель работы- разработка электродинамического метода расчета ГДГ для РТС специального назначения. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Разработать математическую модель ДТ, позволяющую рассчитывать его импеданенне функции в диапазоне рабочих частот;
-
Разработать математическую модель электродинамической сие-
темы волноводного ГДГ с аксиально-неоднородным держателей активного элемента (АЭ), позволяющую рассчитать нагрузочный импеданс кристалла диода Ганна (ДГ) в широком диапазоне частот;
-
Разработать самосогласованную модель ГДГ, основанную на иоделях A3 и (электродинамической системы и позволяющую рассчитать энергетические характеристики генератора, а также его параметры нестабильности;
-
На базе разработанных моделей и программного обеспечения спроектировать ГДГ по заданным характеристикам, создать действующи образец и провести сравнительный анализ теоретических и експериментальних характеристик.
Научная новизна полученных результатов. Впервые разработана математическая модель электродинамической системы волноводного генератора с аксиально-неоднородным держателем АЭ, основанная на строгом решении граничной электродинамической задачи возбуждения полубесконечного прямоугольного волновода основной волной, распространяющейся в радиальной линии, образованной диском и цанговым зажимом для крепления корпуса АЭ.- В отличие от существующих решений предложенная модель учитывает наличие в частичных областях высших компонентов электромагнитного поля, имеющих вариации вдоль-нормали к широкой стенке волновода. Модель позволяет непосредственно вычислять шпеданс излучения АЭ.
Впервые на основе метода гармонического баланса разработана самосогласованная модель волноводного ГДГ с аксиально-неоднородным держателем, позволяющая по известным электрофизическим параметрам кристалла ДГ, параметрам корпуса, геометрическим размерам электродинамической системы определить энергетические характеристики генератора, а также его параметры нестабильности.
С использованием разработанных моделей и программного обеспечения проведена разработка ГДГ для ДИС РИС-В2, что позволило повысить точность измерения скорости и надежность работы системы.
Практическая значимость работы. Результаты диссертационной работы, а именно разработанные алгоритмы и программы могут быть использованы в системах автоматизированного проектирования ГДГ СВЧ и длинноволновой части КВЧ диапазонов, предназначенных для ^пользования в ДИС и других РТС специального назначения.
Основи'не положения диссертации,
выносимые на защиту:
-
Математическая модель электродинамической сиотомы волно-водного генератора с аксиально-неоднородным держателем АЭ, учитывающая наличие в частичных областях высших компонентов полей, имеющих вариации вдоль нормали к широкой стенке волновода и позволяющая с высокой точностью рассчитывать импеданс излучения АЭ в диапазоне частот шириной, порядка нескольких октав.
-
Алгоритм и реализующая его программа, предназначенные для расчета импеданса излучения A3. Время счета одной точки частотной зависимости импеданса излучения составляет 12 с на IBM совмоотимом компьютере, обладающем в 10 раз большей производительностью, по сравнению о IBM AT с тактовой частотой 8 МГц.
-
Самосогласованная модель волноводного ГДГ о аксиально-неоднородным держателем АЭ, позволяющая определить энергетические характеристики генератора и его параметры нестабильности.
-
Алгоритм и программа, позволяющие рассчитать энергетические характеристики ГДГ и его параметры нестабильности.
-
Зависимость, связывающая дисперсию оценки доплеровской частоты ДИС с характеристиками блока обработки доплеровского сигнала: полосой пропускания, временем усреднения и параметрами генератора.
-
Созданный, на основе разработанных моделей и программного обеспечения генератор, предназначенный для работы в составе ДИС РИС-В2, который позволил повысить точность измерения скорости и надежность работы радиотехнической системы.
Личный вклад аатора диссертации в работы, опубликованные в соавторстве, заключается в разработка математических моделей ДГ и электродинамической системы волноводного генератора о аксиально-неодпородным держателем, алгоритмов и программ расчета импедансных функций АЭ и его нагрузочного импеданса, разработке конструкции ГДГ, проведении численных и натурных экспериментов.
Реализ.ация и внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы были использованы при выполнении НПО "Агат" опытно-конструкторской работы "Децентрализованная автоматизированная система управления горкой" по договору с Белорусской железной дорогой, что подтверждено актом внедрения.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 3-й Всесоюзной на-
учко-технической конференции (НТК) "Математическое моделирование и САПР радиоэлектронных систем СВЧ на объемных интегральных схемах" (Суздаль, 1989 г.), 3-й Крымской конференции "СВЧ техника и спутниковый прием" (Севастополь, 1993 г.), НТК, посвященной 30-летию БГУИР (Минск, 1994 г.), международной НТК "100-летие начала использования электромагнитных вода для передачи сообщений и зарождения радиотехники" (Москва, 1995 г.), НТК "Современные проблемы радиотехники, электроники и связи" (Минск, 1995 г.), международной НТК "Современные средства связи" (Нарочь, 1995 г.).
Публикации. Материалы диссертации изложены в 19 печатных работах, включая 3 статьи, II тезисов докладов на Всесоюзных, республиканских и международных конференциях и 5 отчетов о НИР.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, трех приложений. Общий объем работы составляет 180 страниц машинописного текста, в том числе 51 рисунок на 42 страницах, 16 таблиц на 10 страницах, 3 приложения на 16 страницах и список использованных источников, включающий 126 наименований, на II страницах.
